Zigbee無(wú)線(xiàn)傳感集成的煤礦綜合監測設計

　　XBee ZB適配器通過(guò)一系列可供靈活選擇的物理接口，與智能電子設備進(jìn)行連接，使這些智能電子設備具有了符合Zigbee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)通信能力。所提供的可選物理接口包括RS-232、RS-485、數字量I／O和模擬量I／O等。這些適配器有多種配置和定制選項供用戶(hù)選擇，以滿(mǎn)足不同應用的需求。它是傳感器、控制器、其它有線(xiàn)應用和有通用接口設備無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的理想選擇。

　　XBee ZB傳感器集成了環(huán)境溫度、光強和濕度測量功能，溫度測量范圍-18℃～55℃，光譜帶寬范圍360～970 nm，濕度測量范圍0～100％RH，電池供電，便于攜帶。

　　XBee—PRO ZB系列的發(fā)射功率達+17 dBm，接收靈敏度-102 dBm；采用IP66外殼，達到三防效果；輸入電壓范圍3．7～6VDC和9～30VDC可選，支持外接電源或電池供電，并可配置為中心協(xié)調器、路由節點(diǎn)和終端節點(diǎn)中的任意一種。

　　2 系統構成及組網(wǎng)方式

　　本文所涉及的煤礦綜合監測系統，主要目的是實(shí)現井下溫濕度、瓦斯以及作業(yè)人員位置的監測?？紤]到溫濕度和瓦斯的測量是在固定位置，而作業(yè)人員的位置是變動(dòng)的，因此考慮將溫濕度和瓦斯的測量作為一個(gè)集成的路由節點(diǎn)存在，而作業(yè)人員作為一個(gè)終端節點(diǎn)存在。這樣，構成了一個(gè)基于Zigbee簇狀網(wǎng)絡(luò )的系統架構，如圖2所示。

　　“地面”的“現場(chǎng)監視站”，還可以利用Digi公司提供的云平臺，實(shí)現數據的發(fā)布和遠程監視。

　　對于“井下”的Zigbee無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )而言，包括三種類(lèi)型設備：“網(wǎng)關(guān)”、“環(huán)境數采設備”和“人員位置數采設備”：

　　●“ConneetPort網(wǎng)關(guān)”放置在井口處，一方面作為協(xié)議轉換器，與“地面”上級系統建立接口和連接；同時(shí)也作為整個(gè)井下無(wú)線(xiàn)系統的中心協(xié)調器存在，負責無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的建立和維護。

　　●“環(huán)境數采設備”按一定距離（300 m）在井內進(jìn)行放置，實(shí)現對溫濕度及瓦斯等環(huán)境參數的測量?？紤]到這些節點(diǎn)需要同時(shí)作為人員位置監測的參考點(diǎn)，此外從網(wǎng)絡(luò )的可靠性角度出發(fā)（如果中間有一個(gè)節點(diǎn)故障，仍希望網(wǎng)絡(luò )是正常工作的），因此這些固定放置的環(huán)境監測設備作為Zigbee的路由器存在，其供電也將采用有線(xiàn)方式；所有環(huán)境監測設備組成鏈狀網(wǎng)絡(luò )，最終與“網(wǎng)關(guān)”實(shí)現連接和數據交互。

　　●“人員位置跟蹤設備”采用XBee ZB傳感器模塊，由井下礦工隨身攜帶，從功耗角度考慮，該類(lèi)設備作為Zigbee的終端節點(diǎn)存在，因此可以保持較長(cháng)的工作時(shí)間。同時(shí)該終端節點(diǎn)采用網(wǎng)絡(luò )主動(dòng)搜尋模式，可以按預先設定的時(shí)間間隔喚醒并主動(dòng)搜尋最近的路由節點(diǎn)并加入網(wǎng)絡(luò )，由此實(shí)現定位跟蹤。

　　井下“環(huán)境數據采集設備”的構成如圖3所示，包括溫濕度傳感器、瓦斯傳感器以及一個(gè)XBee—PRO ZB適配器。

　　●溫濕度傳感器：采用E+E公司的EE30EX本安型溫濕度傳感器，溫度測量范圍-40℃～180℃，濕度測量范圍0～100％RH，采用24VDC供電，輸出范圍0～10 V或4～20 mA。