基于WSN的煤矿瓦斯监测系统

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1、煤矿现代化2013年第1期总第112基于WSN的煤矿瓦斯监测系统王伟(河南煤业化工集团永煤公司，河南商丘476~0)摘要针对矿井生产过程中新工作面的开采和旧巷道的废弃，传统有线网络需要随其重新铺设或拆除，而无线传感器网络只需要增加、减少或移动无线传感器节点，将无线传感器网络运用到煤矿矿井瓦斯监测系统中，弥补了传统的有线网络的不足与缺陷，提高了煤矿井下瓦斯监测的精确性，同时也提高了煤炭生产安全性，加快煤矿信息化、智能化进程。关键词无线传感器；网络；瓦斯监控中图分类号：TD712．55文献标志码：B文章编号：1009—0

2、797(2013)01—0030—03汇集节点通过对信号加强，最终传送到中央控制机。1前言中央控制机可以满足用户对无线传感器网络的设置目前煤炭在我国能源格局中占据主导地位，在与管理．并收集监测数据以及发布监控任务。94％以上，并且每年以8．9％的增速增长，预计到20203煤矿瓦斯监测系统的总体方案年世界消耗的50％将会是煤炭能源，因此，煤炭对我国有着重大的战略意义，然而我国的煤矿事故死亡总3．1WSN体系结构人数却是世界上其他主要采煤国家煤矿事故死亡总由于无线传感器网络处于煤矿井下，其拓扑结人数的四倍以上，尤以瓦斯灾

3、害事故最为严重，煤矿构会随着开采的进行发生动态变化，多层次性的网总事故的30％以上均为瓦斯灾害事故。近年来我国络结构的采用可以使网络通畅并减少能量消耗。一煤矿瓦斯事故死亡人数已有数千人，见表1。个适用范围煤矿瓦斯无线监测的传感器网络系统结表1今年来瓦斯灾害事故基本情况构如图1所示。传感器节点布置在监测区域内部或事故类型发生次数比例％死亡人数比例％其附近，网关对传感器节点采集的数据进行初步数瓦斯爆炸1034592254据压缩以及数据融合，发送到汇集节点即中继器，最煤与瓦斯突出883967038瓦斯中毒、窒息24l068

4、终传送到中央控制机。瓦斯燃烧136603由于我国95％以上的煤矿采掘活动均在地下空间操作，而地下工程由于其隐蔽性，水文地质及工程地质以及开采条件复杂，因而煤矿采掘活动基本处于高危环境下作业，而要从根本上提高在高危险环境下作业的安全性，先进的科学技术是必不可少的，尤其是无线网络技术能够对煤矿地下作业进行有效的管理和监控。图1WSN体系结构图3．2无线传感器节点结构2无线传感器网络简介若使瓦斯监测的无线传感器网络适用于煤矿井WSN即无线传感器网络(WirelessSensor下，其各个组成节点需要可靠并且有效，同时，网络

5、Network)是一种由许多静止或移动的传感器按自组节点的设计一定要小型化，成本要低，微功耗要小。织或多跳的方式组成的无线网络，其作用是采集、处微型的嵌人式系统是每个无线传感器节点内部必不理和传输所在网络覆盖地理区域内监控对象的监测可少的部分。一个传感器节点主要由三个部分组成：信息并发送给用户。WSN系统一般包含传感器节点、瓦斯感应传感器、报警装置、控制核心、数据通信设网关、汇聚节点即中继器和中央控制机。传感器节点备以及电源电路，如图2。一般大量随机地布置在监测区域内部或其附近。通过3．2．1控制核心自组织方式大量传

6、感器自发构成网络。传感器节点采控制核心即CPU，传感器节点的核心是CPU。主集到的数据通过初步的分析处理，传送到监测区域网要用来控制整个传感器节点的正常运行，用于采集关中心，网关对数据进行压缩融合发送到汇集节点，数据，并对采集的数据进行初步处理，判断发送数据·30·煤矿现代化2013年第l期总第112期的时间以及接收附近传感器发来的数据。另外，数据确、响应速度快，结构坚固、易使用易维护等特点。其的整合与转储程序等都在这个模块的支持下完成。还具有遥控调校、故障自校自检以及断电控制等功本设计系统采用的ATmega168—

7、20AU微型芯片处理能，大大节约了使用与维护费用。目前已广泛应用于器，其为8位AVR微处理器，采用TQFP封装，工作全国大、中、小型煤矿，在电压在2．7—5．5V，最高工作频率为20MHz，功耗煤矿瓦斯灾害监测方面发小，并自带16kB在系统可编程Flash，512B的挥着重要作用，为煤矿产EEPROM以及1024B的SRAM，处理速度快，可在生提供了可观的经济效益一40℃～85温度之间工作，适合井下环境。和社会效益。曾获四川省科技进步三等奖。4系统软件的设计电传感器主要实现数据滠采集，可以定时采集或根据用户的需求自定

8、义采集。主要由微型控制器来实现，流程图如图3所示。图2传感器节点示意图图3传感器节点程序流程图3．2．2无线通信设备网关主要用来传输数据给汇聚节点，并对数据在实际系统运行中，发射机和接收机都是传感进行再次压缩融合，而汇聚节点即中继器把数据汇器节点必须的。无线收发模块是实现上述两种设备总并加强信号传送给中央控制器，以保证数据的完功能并组合成的单一