煤礦瓦斯報警無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計與實(shí)現

　　溫濕度傳感器的數據通過(guò)DATA線(xiàn)直接讀取，控制流程如下：用一組啟動(dòng)傳輸時(shí)序進(jìn)行數據傳輸的初始化，然后發(fā)送一組測量命令(‘00000101’表示相對濕度，‘00000011’表示攝氏溫度)后,釋放DATA線(xiàn)，等待SHT11下拉DATA至低電平，表示測量結束，同時(shí)接收數據。

　　對于粉塵傳感器模塊，計算數據端口輸出脈沖中低電平的占空比即可得到粉塵濃度。

　　3.2.2 無(wú)線(xiàn)收發(fā)程序

　　無(wú)線(xiàn)收發(fā)程序負責接收來(lái)自基站或其他節點(diǎn)的命令或數據，并發(fā)送本節點(diǎn)或轉發(fā)其他節點(diǎn)的數據。首先進(jìn)行CC1000的寄存器初始化配置，然后通過(guò)改變寄存器的值，進(jìn)入待機、發(fā)送或接收模式。圖5為無(wú)線(xiàn)收發(fā)的控制流程圖。

　　3.2.3 液晶顯示驅動(dòng)程序

　　液晶顯示器與單片機的接口協(xié)議為請求/應答(REQ/BUSY)握手方式。向模塊發(fā)出一個(gè)完整的顯示漢字的命令，包括坐標及漢字代碼在內共需5個(gè)字節。

　　3.2.4 節點(diǎn)定位算法

　　采用基于接收信號強度指示(RSSI)定位算法[5]實(shí)現節點(diǎn)的精確定位：已知發(fā)射節點(diǎn)的發(fā)射信號強度，接收節點(diǎn)根據收到信號的強度計算出信號的傳播損耗，然后根據信號傳播模型公式(1)將傳輸損耗轉化為距離，再利用三邊測量法計算出未知節點(diǎn)的位置。在實(shí)際定位中，要保證未知節點(diǎn)處于三個(gè)以上發(fā)射信號強度和位置坐標已知的參考節點(diǎn)的通信范圍內，未知節點(diǎn)根據接收信號強度計算出信號的傳播損耗，進(jìn)而計算出節點(diǎn)位置。

　　PR(d)=PT-10nlog(d)-γ　　　　　　　　(1)

　　其中,PR(d)為接收信號強度(dBm)；PT為發(fā)送信號強度(dBm)；n為路徑長(cháng)度和傳輸損耗之間的比例因子；d為參考節點(diǎn)與未知節點(diǎn)之間的距離；γ為修正因子，根據經(jīng)驗進(jìn)行修正。

　　瓦斯傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)系統能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對井下溫度、濕度、瓦斯和粉塵等參數和井下工作人員位置的實(shí)時(shí)監測，主要功能包括瓦斯濃度及溫濕度檢測、液晶顯示、定位和無(wú)線(xiàn)收發(fā)等功能，可以實(shí)現瓦斯濃度4％以?xún)鹊臋z測，且當持續半分鐘檢測到瓦斯濃度高于1％時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報警信號。此外，根據煤礦的溫濕度參數自動(dòng)對瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯濃度報警器的準確性。節點(diǎn)系統的LCD能夠動(dòng)態(tài)顯示環(huán)境的溫濕度和瓦斯濃度。無(wú)線(xiàn)模塊可以把測到的瓦斯濃度和井下人員的位置信息發(fā)送到煤礦瓦斯監控的基站，再傳送到總控中心，以便隨時(shí)了解礦下瓦斯濃度和井下人員所處位置。該無(wú)線(xiàn)模塊在室內環(huán)境下傳輸距離為20～30米，可以滿(mǎn)足井下作業(yè)要求。節點(diǎn)系統穩定工作狀態(tài)下的響應時(shí)間小于20秒，可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監控要求。

　　隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)數目的增多、功能的進(jìn)一步完善和監控管理平臺的建立，本無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳感器系統將適用于各類(lèi)氣體以及人員位置監控的現代化管理，不僅能夠進(jìn)行安全監測、協(xié)助事故搶險救援，還能夠用于人員調度、監控、考勤等，從而提高礦山的管理水平與工作效率。

　　參考文獻

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