1、浅议煤矿井下通信系统中 ZigBee 技术的应用研究摘要：目前，在我国的煤矿井下通讯系统中，主要还是采用电缆进行信息传输。由于矿井内的环境较为潮湿、电缆很容易受到腐蚀。一旦出现事故，很容易造成通信中断。将为事故的排除造成更大困难。随着无线通信技术的快速发展，Zigbee 技术的研究与发展为井下的无线通信实现带来了契机。本文首先简单介绍 ZigBee 协议架构，然后对煤矿井下的通信特点进行分析，最后探索 Zigbee 技术在煤矿井下通信系统中的应用。 关键词：Zigbee 技术；通信系统；煤矿井下；应用研究 中图分类号：TD163 文献标识码： A 文章编号： 改革开放以来，我国的经济发展速度明
2、显加快，对于基础性能源的需求量逐年增加。作为产煤大国，我国的煤炭开采业更是得到了极大的促进作用，产量连年大幅度增加。然而，近年来，在很多煤炭企业的开采过程中，由于开采条件以及通信方面的影响，我国的煤矿事故数量也同比增长。由于大部分采用电缆进行井上、井下通信，在发生事故之后，营救人员常常会因通信故障无法对井下情况深度掌握，从而在很大程度上增添了营救人员的营救难度。随着无线通信技术的快速发展，Zigbee技术的研究与发展为井下的无线通信实现带来了契机。本文针对煤矿井下的通信特点，探索 Zigbee 技术在煤矿井下通信系统中的应用。 一、ZigBee 协议架构概述 zighee 技术是最近发展起来的
3、一种无线通信技术，它功耗低、成本低、易应用，以 2.4GHz 为主要频段，采用扩频技术。zighee 被业界认为是工业监控、传感器网络、家庭监控、安全系统等领域的最佳选择。 Zigbee 协议架构是在 IEEE802,15.4 标准的基础上建立起来的，其物理层和媒体访问控制层均是采用了该标准。Zigbee 联盟对其协议网络层、应用层以及安全服务规范进行定义。Zigbee 协议是将 OSI 七层参考模型作为基础，对与 LR-WPAN 应用有关的协议层进行定义。其协议栈的每一层都为它的上层提供服务。 二、煤矿井下通信装备特点 煤矿井下通信因其所处环境制约对通信设备的要求较高，井下通信系统必须能够满
4、足强插、录音、群呼等功能，从而保证指挥人员在紧急情况下能够畅通无阻的呼叫到每一个系统终端；在一些重要的通信位置还要安装报警装置，并且，具备双向报警以及紧急呼叫等功能，这是为了在发生突发事件的时候，能够及时的发出报警信号，以便于更好的进行营救；煤矿井下作业很容易发生危险，为了更好的保障煤矿井下工作人员的人身安全，要为其配置功能强大的移动通信装置，以便于发生事故时，进行良好定位，争取更多的营救时间。但是，由于井下的通信信号微弱，一般的移动通信装置很难起到良好的效果，因此，要采取功能强大的移动通信装置。 三、系统总体设计 针对煤矿井下通信问题，本文利用 Zigbee 技术设计一套无线通信系统。该系统
5、主要是由地上与井下两部分设备组成的。其中，地面设备主要包括：监控中心以及共享网络终端等部分；井下的设备主要包括作为主传输途径的 CAN 总线，煤矿井下人员的各个监控节点，配合天线、电子标签、传输介质、基站 等与监控中心挂接，进而达到煤矿井下工作人员的通信、定位安全管理。其系统的架构图如下图所示。 图 1 煤矿 ZigBee 系统架构 四、系统工作原理 煤矿 ZigBee 通信系统主要是通过将 ZigBee 终端设备安装在井下工人的防护帽上面。并在矿井下的巷道内的各个岔路口处安装基站(ZigBee协调器)，这些基站负责对经过此处的工人进行监测并将监测信息存储起来，之后，监测信息会通过设置在下面的
6、 CAN 总线传输到地面上的总机处，总机处的工作人员会利用数据传输工具将其输送到数据库中，以备相关的软件程序调用。该系统将星形方式作为系统的组网方式，基站作为组网的主要设备，终端设备则作为从设备。当终端设备进入到某一个基站的监测范围之内时，基站就会自动的将终端设备添加到其负责的网络中，并为其分配适当的通信信道以及网络路径和网络地址；当终端设备离开这片区域的时候，基站在检测到其离开之后，会自动的将其删除，并对系统进行更新。随着矿井掘进，可以在不改变其他基站的软硬件前提下在一定的范围内任意的增加基站，ZigBee 网络能自我修复和自组织。五、小结 随着我国经济建设的快速发展，对煤炭的需求量会越来越
7、大。这会对煤矿开采行业带来巨大的促进作用。然而，在高兴之余，我们更应该关注煤矿的安全开采工作。本文结合煤矿井下作业的通信特点，提出基于 ZigBee 技术的无线通信系统。ZigBee 具有低功耗、低成本、抗干扰强、协议完善、通信可靠等特点，非常适合煤矿井下恶劣的工作环境。通过星形拓扑组网，将矿工安全帽中的 ZigBee 终端设备(RFD)与基站的协调器(FFD)建立无线连接，数据传输可靠、漏检率低。基站与地面的数据通过专用 CAN 总线技术，总线利用率高，数据传输速度快，可扩充性好，通讯距离长。系统设计合理，适应井下人员分散活动和采煤工作面分布广的特点。 参考文献： 1李仁玉,罗勇.基于 TCP/IP 和 ZigBee 协议的煤矿安全智能监控系统J.煤矿机械. 2009(07) 2王文萃,栾美生,于彤彦.红外甲烷气体检测仪的设计以及干扰分析J.红外技术. 2009(08) 3路坦,王志斌,张记龙,田二明,李晓,孙立新.基于 zigbee 的煤矿安全监测及人员定位系统J.煤矿安全.2009(11) 4张静.基于 ZigBee 技术的火灾自动报警系统J.山西财经大学学报.2009(S2) 5唐慧强,薛丹丹.基于 ZigBee 的自动气象站风速测量系统设计J.自动化与仪表. 2009(11)
