导言
当时我国煤矿职业信息化水平较低，信息技能运用不平衡。井下连采作业面因为设备较多，各设备随机独立作业，构成彼此之间信息不交流，更难以完结归纳数据网络办理，然后约束了矿井自动化网络技能对该区域的辐射，这在必定程度上限制着煤矿安全出产作业。依据上述原因，本文作者规划了一个依据无线传感器网络的煤矿安全监控体系，能够对井下环境参数和工况参数进行收集，并把收集到的参数实时送往井上的核算机进行闪现、操控和超限报警等处理。
1 体系总体规划
煤矿安全监控体系首要是对矿井出产体系的安全监控，包含对矿井空气中有害或风险成分(如甲烷、一氧化碳等)的监测，矿井空气物理状况(如风速、负压、温度等)的监测，以及通风设备作业状况(如设备开停等)的监测，并且在紧迫状况下能够使煤矿井下的一些电器设备断电，中止作业。
本体系分为井上和井下两部分。井下部分首要是运用传感器对矿井内的温湿度和瓦斯体积分数信息收集，然后经过路由的方法经过各个节点传送到基站;井上部分首要担任接纳从基站传输过来的数据，经过各监测子体系进行处理、剖析，以曲线、图形和报表等方法闪现数据，并支撑各种查询核算功用。体系全体结构如图1所示。
图1 体系结构图
2 无线传感器网络规划
本体系选用依据IEEE802.15.4规范的ZigBee技能组成无线网络。ZigBee是一种短间隔、低功耗、低成本、高容量、高可靠性的无线网络技能，其作业频段为2.405～2.480 GHZ，选用直接序列扩频的通讯技能，数据传输速率为250 KB/S，无线网络数传模块节点容量最多可到达65000个，每一个数传模块之间能够彼此通讯，每个网络节点间的间隔能够从规范的75m无限扩展，十分合适煤矿井下信息的收集。本网络节点以自组织方法构成网状拓扑结构，每个节点都能够自主收集数据，数据经过单跳方法或多跳中继方法送到会聚节点。
2.1无线传感器网络节点的体系结构
无线传感器网络节点是网络的根本单元，担任数据的收集和传送，其体系结构由数据收集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理模块(微处理器、存储器)、无线通讯模块(无线收发器)和电源模块(电池、DC/DC能量转换器)四部分组成，如图2所示。
图2 无线传感器网络节点体系结构
2.2传感器节点的规划
在数据处理模块中，微处理器是传感器节点的中心部件，担任处理数据并和谐整个体系。为了使体系具有高功用、低功耗、多类型接口等特色，本次规划终究选用ATME乙公司出产的的8位单片机ATmegal28L作为微处理器单元。ATmegal28L先进的RISC结构使其具有较高的核算功用HJ，不光具有UART、SPI、HC等通用接口，并且还具有多通道的模数转换器，一起，它可用的开源开发软件东西老练且传感器节点操作体系TinyOS对其支撑较好。
尽管ATmegal 28L微处理器自带了4KB的EEPROM数据存储区域，可是关于传感器节点来说，具有一个相对容量更多的、永久的数据存储区域是十分必要的，以便长途节点代码的自动更新、节点装备信息的保存等对更多存储空间的需求。为此，传感器节点的规划中运用了额定的一片512K的AT45DB041非易失性FLASH作为外部数据存储器。
在无线通讯模块中，考虑到无线收发器的数据传输速率、接纳与发送功率、休眠的能耗、发动稳守时问和信号调制方法等方面，终究选用了Chipcon公司的CC2420射频芯片。CC2420射频芯片选用SmartRF技能，以0.18urn的CMOS工艺制成，只需很少外部%&&&&&%。功用安稳且功耗极低。因为TinyOS已包含CC2420驱动支撑，因而能够愈加方便地与微处理器相连。
在数据收集模块中，温湿度传感器选用SHTl1芯片，可燃气传感器选用KGS一20。SHTI 1是sensirion公司推出的一款高度集成、低功耗、高精度、抗干扰才能强的数字温湿度传感器芯片。该芯片经过两个灵敏元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首要进入弱小信号扩大器进行扩大，然后进入一个14位的A/D转换器，终究经过二线串行数字接口输出数字信号。KGS-20型可燃气传感器是以二氧化锡为根本灵敏资料，专门用于可燃气浓度榆测的一种半导体型气体传感器，它的根本特征是极高灵敏度和极快的响应速度且功耗低，十分适合对井下可燃气体秘分数的检测。
在本体系中，为了完结基站与主机之间的通讯，规划了一个串口通讯模块。基站汇总各个节点的数据，然后经过一个RS232串行接口传送给主机，主机再对这些数据进行处理。
3 煤矿监控办理软件规划
井上监控办理软件包含八大子体系，分别为:体系办理、安全监测体系、束管监测体系、通风监测体系、供电监测体系、煤流计量体系、主煤流监测体系和GIS体系。软件用Borland公司的Delphi7.0编写，Microsoft Access 2003作为后台的数据库，能够对各种参数进行表格闪现、曲线闪现、报姿闪现和报警核算，以及对各种参数的报表生成和打印等。
3.1体系功用规划
安全监测子体系作为整个煤矿安全出产长途监测体系的中心部分，首要用来监测井下的各类环境参数和设备开停等首要出产参数。在一些重要的地址装置传感器后，一些环境参数和设备开停状况信息能够直接在地上中心站及办理网络作业站上反映出来，减少了井下有关的查看和值班人员的作业担负，协助领导和调度员及时把握安全出产状况，为指挥调度供应数据支撑。
通风体系的根本任务是:供应井下足够的新风;扫除或减弱矿井中有毒有害气体和粉尘;调停矿井气候条件，发明杰出的作业环境;进步矿井的抗灾才能。
供电监测子体系用来闪现和查询井下各个变电所的母线电压频率、供应用电设备及各种维护设备的电流功率等参数。所完结的功用包含:实时闪现中心变电所、通风机配电体系、主斜井配电体系机房的监测数据;依据时刻、机房、测点等条件查询前史监测数据;在该体系内还能构成一些用户运用的报表。
束管监测体系能够完结各级领导对束管体系监测数据的查询和阅读。能够用图形的方法直观闪现监测数据的走向。对每天监测的数据项有固定的报表格局，能够查询。每天最少会抽取三次气样，每次一起抽取八种气体。能够经过对监测数据的剖析，经过“三角防爆区理论”对气体进行风险性剖析，并得出成果。
GIS体系担任用二维图形表明矿井安全地理信息体系。首要包含图形数据体系与属性数据体系，前者首要输入、存储、查询图形数据(如:点、线、面及其拓扑联系等)，还具有图形的剖析与输出等功用:而属性数据体系首要完结图形实体的属性数据输入与办理、各种属性数据值的输出等。可是两者并不是孤立的，图形数据与属性数据间经过数据接口和数据库服务器完结动态衔接。体系首要包含数据输人、图形修正、图形设置、图形闪现、专业操作、数据输出、检索查询、模型剖析和专业图例库等。一起具有通用GIS体系的各种功用，如:扩大、缩小、修正、删去、移动、旋转、仿制等。
整个体系终究完结的功用包含:
1)各种传感器参数的收集:包含环境参数(如甲烷、一氧化碳、温度和负压等)和工矿参数的收集。
2)各种传感器参数的闪现:收集器收集到的各种参数分别在收集器的液晶闪现屏和核算机上闪现出来。
3)超限报警:当检测到某一传感器的参数超限时，收集器及时操控蜂鸣器发出声响报警，核算机一起给出声响和画面的报警。
4)设备的断电操控:当需求对某一设备进行断电操控时，收集器能够对这一设备的断电器进行操作，到达对设备的操控。
5)数据的远间隔传输:各个矿井收集器收集到的参数需求及时传输到地上中心站进行监测。
6)各种传感器参数记载和回放:核算机软件把下位机传来的各种参数存储在硬盘空间，作业人员能够挑选任何一种参数进行记载和回放。
