基于ZigBee技术的煤矿井下环境参数检测仪的设计(2)

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1.2 国内外煤矿井下环境检测系统发展概况

井下环境检测系统对矿井内环境温度、湿度、瓦斯等各方面参数检测，目前国内矿井中运用的检测系统多数采用有线连接的检测方式。

随着科技的不断发展，国内煤矿井下环境检测系统要求也越来越高。基于ZigBee技术的检测系统是近年来主要的一个研究热点。大多数现有的检测系统是有线检测系统，有线网络布线麻烦，终端的节点数量多，因此需要庞大的电缆数量，而无线通讯技术可以很好的解决上述问题。国内的几家科研单位和生产厂家紧跟着世界检测系统的发展趋势，开发出了WebGIS msnm，煤矿安全集成和数字网络监控管理系统。该系统软件运用Window的操作系统，实践证明，这套体系在煤矿的安全管理和生产中扮演了重要的角色。

国际上煤矿检测技术基本上5-10年更新一次，从特性上来看，一般从信息的传输方式进一步来对监控系统发展阶段进行划分，目前该系统的发展经历了五个阶段。煤矿安全检测系统的发展阶段如下表所示。

表1.1 煤矿安全检测系统发展阶段

通讯制式代表产品特点

第一代空分制 CTT63/40 1个测点用一对电缆芯线来传输

第二代频分制 TF200系统传输信道电缆芯线较少

第三代时分制 MINOS系统 2芯线传输与测点数无关

第四代分式网络技术森透里昂600 开放性，集约化和网络化

第五代人工智能、数据库技术 -- 远程检测监控信息系统、动态预警技术

1.3 本文主要研究内容

随着我国经济和科技的迅猛发展，煤矿井下环境检测系统越来越精确。但近年来随着煤矿井下事故的频发，这对煤矿井下环境检测系统的要求越来越高。检测系统有对温湿度、瓦斯检测的实时监测能力，为矿工创造一个安全的工作环境。

(1)ZigBee协议的介绍。简要介绍了ZigBee协议中各个部分的数据结构和组成，同时对各层中的要点进行了详细的剖析；

(2)本文以无线传感网络为基础，以ZigBee技术为纽带，详细设计出的煤矿井下环境监测系统中的两种节点：协调器节点（控制中心）和传感器节点。在协调器节点中，本文实现了电源、串口通信、PCB天线等主要电路的设计；在传感器节点中，由于它累死于协调器，因此仅针对不同的环境参数，设计出了不同的传感模块。

(3)本论文还设计了串口调试操作界面，可以方便用户的调试和使用，由此用户就可以实时的了解到煤矿井下环境信息的参数。

2 ZigBee技术综述

2.1 ZigBee技术介绍

ZigBee是一种新的短距离无线通讯技术具有低功耗的特点，2002年由英国Invensys、日本三菱电气、美国Motorola、荷兰Philips等几家公司宣布成立ZigBee联盟，合力开发ZigBee技术。目前，该联盟有150多家公司和标准化组织，覆盖了各生产厂家，2006年国内的华为公司也成为了其中一员。ZigBee技术主要用于低数据传输率和传输距离不是很远的各种通信设备之间。ZigBee是来源于蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来传递所发现食物的位置、距离和方向等信息，一个一个的传递下来，这种通讯方式的技术与蜜蜂是类似的。ZigBee联盟是负责开发网络层以上的协议。ZigBee协议是比蓝牙技术、高速率个人区域网或802.11x无线局域网等技术更简单实用。ZigBee使用的是波段，采用了跳频技术，这和蓝牙技术相似，可以说是同族兄弟了。相比之下，ZigBee比蓝牙功率及费用更低，也更简单、速率也更慢。ZigBee的根本速率是，传输半径可达到400米，并能使其功耗更低、可靠性更高。此外，一个单一的ZigBee无线模块就可与254个节点相互连接，如果加上网络中的路由节点，网络的最大容量可以支持65535个节点设备互联。因为它的低延迟和低功率的性能，所以在运用鼠标、键盘等电脑周边和家庭中自动化仪器等低速率的应用时能够比蓝牙做的更好更方便，人们希望能扩大ZigBee技术在各个领域的运用，如玩具、家庭监控、工业安全监控系统等。ZigBee无线通讯网络运用的是无线自组织网络技术，和蜜蜂的通信非常类似，网络中的各个节点间通信以一跳或多跳的形式自动建立网络。网络节点则以ZigBee协议为基础进行通信。