基于ZIGBEE技术的无线传感器网络在煤矿人员安全管理系统中的应用

• 作 者: 杨小庆
• 出 处: 科学时代·下半月
• 发表日期: 2014年1期
• 关键词: Zigbee技术 安全管理 无线传感器

　　【摘 要】本文提出一种以无线传感器网络为基础的煤矿人员安全管理系统，详细介绍系统结构组成，无线传感器节点硬件构成，软件通信协议等设计。ZIGBEE技术在该方案中的应用实现了煤矿安全管理系统的低功耗、低成本，并具有高度的灵活性和可扩展性。
　　【关键词】Zigbee技术；安全管理；无线传感器
　　引言
　　煤矿的自然环境非常复杂多变，我国目前已有的煤矿安全生产形势非常严峻，矿难时常发生，造成“以人为本”的生产方式遭受挑战。现有的煤矿人员安全管理系统因为存在效率低、无法有效监测人员状态、矿难发生后无法及时搜救等缺点，已经无法满足日益严格的安全需求，迫切需要对其进行改善。
　　一、系统组成
　　根据煤矿具体生产环境和要求，本文提出一种传感器节点识别速度快，能够随时检测环境温度和有毒气体浓度，出现意外时立刻报警的并振动通知井下工作人员的基于zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理系统。
　　一种基于zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理系统，包括监控中心、矿井口终端设备、至少1个zigbee基站、至少2个传感器节点和至少一个人员节点；其结构图如下图1所示。
　　图1 基于ZIGBEE技术的煤矿人员安全管理系统结构构成
　　二、ZIGBEE传感器节点的硬件设计
　　无线传感器网络是由多传感器节点以Ad-hoc（移动自组网、多跳网络）方式构成的无线网络。其目的是感知、采集和转发网络覆盖的地理区域中的感知对象的各种信息，并发送给上级监控中心。
　　传感器节点、感知对象（有毒气体、环境温度）、上级监控中心是构成整个系统的最主要部分。传感器节点由电源、传感器元器件、微处理器、存储器、通信部件和软件等几部分组成，其组成结构如下图2所示。
　　图2 ZIGBEE传感器节点的硬件结构构成
　　三、 ZIGBEE模块间的通信
　　在软件设计方面，根据网络各层的通信协议都要注意节能。ZIGBEE模块在进行通信前，都要进行有效的初始化。在初始化过程中，上级监控中心首先发出连接请求，看是否连接成功，若连接成功，则开始进行参数设置，初始化结束后，ZIGBEE模块信息处理流程如图3所示。每当程序设置的定时时间到，传感器节点会主动连接上级监控中心，并向上级监控中心上报检测到的相关信息，传感器节点之间的通信与此类似。
　　图3 ZIGBEE模块通信流程图
　　四、 结束语
　　本文针对现有的煤矿安全管理系统的种种不足提出了一种新型的、以无线传感器网络为基础，并与现有的RFID技术相结合，实现井下的温度、气体浓度等参数目标全面及时的监控与预警。建立起集多种信息的综合性、计算机的交互性、通信的分布性和监控的实时性等技术与一体的煤矿人员安全管理系统。对目前市场上的系统研究有一定的启示作用。
　　参考文献：
　　[1]http：//gb.asmag.com/article/article_detail.aspx？aid=10133.
　　[2]RFID标签阅读器系统防冲突算法的研究。于惠钧，刘晓燕，朱永祥，包装工程。2008，17（7）：21-23.
　　[3]郑增威。若干无线传感器网络路由协议比较研究。计算机工程与设计，2003，24（9）：28-31.
　　作者简介：
　　杨小庆（1984.10-），女，湖北宜昌人，重庆工商职业学院机电工程学院第二党支部书记；硕士，讲师，研究方向：智能仪器与嵌入式系统。
　　基金项目：
　　重庆工商职业学院2013年度“RFID和无线传感器网络技术在煤矿人员安全管理系统中的应用研究”科研项目研究成果。