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ZigBee技術(shù)及其在礦山中的應用

作者： 時(shí)間：2009-07-03 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
正是這些全新的特點(diǎn)，將使ZigBee技術(shù)將在無(wú)線(xiàn)數傳，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)定位，射頻識別，數字家庭，安全監視，無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)，無(wú)線(xiàn)遙控器，無(wú)線(xiàn)抄表，汽車(chē)電子，醫療電子，礦山井下環(huán)境監測等方面得到非常廣闊的應用。

3．ZigBee在礦山中的應用
利用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，實(shí)現井下人員的定位和各種安全生產(chǎn)要素以及井下環(huán)境（如瓦斯、溫度、濕度等環(huán)境指標）的無(wú)人自動(dòng)采集。從而，在事故發(fā)生前，安全生產(chǎn)監控中心，可以隨時(shí)掌握井下不同位置的各種安全生產(chǎn)的要素。從而采取積極有效的預防措施；事故發(fā)生后，可以掌握事故發(fā)生當時(shí)，甚至事故發(fā)生后相當一段時(shí)間內，井下工作人員的具體分布位置，不同位置的瓦斯濃度等情況，從而制定及時(shí)有效的搶救措施，并實(shí)施有效的現場(chǎng)搶救指揮。

3．1 建立定位網(wǎng)絡(luò )
根據現場(chǎng)實(shí)際需要，沿坑道每隔一定距離（50 - 500米）在坑道頂部設置一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )模塊（可采用電池驅動(dòng)或使用其他電源），同時(shí)在其他需要定位和網(wǎng)絡(luò )連接的地方，也安置一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )模塊；為了避免井下環(huán)境對無(wú)線(xiàn)信號的干擾，所有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )模塊使用的都是抗干擾的直序擴頻通信方式，而且，每個(gè)模塊都有接收信號強弱指示功能（RSSI）。

所安置的網(wǎng)絡(luò )模塊將自動(dòng)組成一個(gè)ZigBee通信網(wǎng)絡(luò )[6]，在布置網(wǎng)絡(luò )模塊的位置時(shí)，注意應使每個(gè)模塊至少可與兩個(gè)以上的模塊進(jìn)行通信，即避免單線(xiàn)聯(lián)系以保證ZigBee 網(wǎng)絡(luò )通信的可靠性。這個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)際就是一個(gè)定位網(wǎng)絡(luò )，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)就是一個(gè)定位點(diǎn)，不同的是，ZigBee網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)體積要小得多，耗電也小，而且網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間的通信，不需要使用光纖或通信電纜連接。

3．2 建立移動(dòng)目標的無(wú)線(xiàn)身份碼
每一個(gè)需要定位的移動(dòng)目標（例如礦工），都需要隨身攜帶一個(gè)無(wú)線(xiàn)身份卡，或固定在安全帽上的一個(gè)紐扣電池驅動(dòng)的全封閉的模塊約（50 x 40 x 8 mm）大小，每個(gè)模塊的發(fā)射功率小于1mW.
為了增加電池使用壽命，無(wú)線(xiàn)身份模塊每隔10 C 30 秒發(fā)射一個(gè)身份碼信號。為了避免井下環(huán)境對無(wú)線(xiàn)信號的干擾，所有無(wú)線(xiàn)身份卡模塊使用的都是抗干擾的直序擴頻通信方式；該無(wú)線(xiàn)身份模塊與瓦斯探測傳感器等相連，當出現瓦斯超標時(shí)，該無(wú)線(xiàn)模塊可以立即通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò ),將報警信號傳往監控中心，必要時(shí)，將同時(shí)啟動(dòng)其它聯(lián)動(dòng)的應急設備；

3．3 移動(dòng)目標位置的確定
當移動(dòng)目標在不同的位置發(fā)射身份碼信號時(shí)，如果定位精度要求不高，坑道情況比較復雜時(shí)，人員密度較高時(shí)，則將任何一個(gè)接收到該移動(dòng)目標身份碼信息的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)位置，當作移動(dòng)目標位置，這種方法往往需要較小的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間距（例如50米），和較小的無(wú)線(xiàn)身份模塊的發(fā)射功率。

當定位精度要求較高，坑道環(huán)境相對簡(jiǎn)單時(shí)，則可使用兩點(diǎn)信號強度定位法；即當移動(dòng)目標在不同的位置發(fā)射身份碼信號時(shí)，處于該移動(dòng)目標兩端的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，因距該移動(dòng)目標距離遠近的不同，所收到的信號強度也不同。 ZigBee網(wǎng)絡(luò )將把該移動(dòng)目標身份碼，以及在相應的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)接收到該身份碼時(shí)的信號強度傳往控制中心，通過(guò)簡(jiǎn)單計算，再加上現場(chǎng)實(shí)測效正，很容易確定該移動(dòng)目標的位置。

在使用以上方法定位時(shí)，為了進(jìn)一步提高定位的準確性，還需要對網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，移動(dòng)目標節點(diǎn)收發(fā)機的接收靈敏度，和發(fā)射功率進(jìn)行適當的調整。

4.結束語(yǔ)
ZigBee所具有的短距離、低成本、低功耗、易實(shí)現、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)非常適合于礦山井下環(huán)境監測、人員定位。這是一種適用于大中型礦井的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，能夠有效的了解礦山井下運行環(huán)境參數，及時(shí)調度生產(chǎn)，防止事故的發(fā)生，安全生產(chǎn)。在大中礦井和工廠(chǎng)具有良好的推廣應用前景。
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