基于zigbee的低瓦斯管道输送安全监控系统

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1、基于ZigBee的低瓦斯管道输送安全监控系统　　摘要：目前国内低瓦斯管道输送安全监控系统大多采用有线监控网络，存在着传输信号衰减大，布线复杂，劳动强度大，安装和维护不方便维护成本高等问题。采用ZigBee的低瓦斯管道输送安全监控系统设计方案，主要优点是极低的系统成本、安全的数据传输、灵活的组网和超大的网络容量。　　关键词：低瓦斯管道输送；传感器；ZigBee无线网络；ZigBee协议栈　　中图分类号：文献标志码：文章编号：　　煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计时应遵循“阻火泄爆、抑爆阻爆、多级防护、确保安全”的原则。近年来开发出了有线网络的低瓦斯管道输送安全保障系统，但有线网络系统也

2、存在一些问题，当监控中心距离监控点较远时，传输信号的衰减比较大，布线复杂，劳动强度大，安装和维护不方便维护成本高。　　ZigBee技术主要用来组建低速率的无线个域网，网络中的成员称为节点设备，通过设置大量的传感器节点，可以实现对监测区域各种信息的采集。主要优点是极低的系统成本、　　1.火焰传感器2.压力传感器3.真空泵4.截止阀5.水封阻火泄爆装置　　6.自动喷粉抑爆装置6　　图1地面瓦斯排空系统安全设施安装示意图　　安全的数据传输、灵活的组网和超大的网络容量。　　1地面瓦斯排空系统原理　　如图1所示，抽放前端包括的传感器有火焰传感器、压力传感器、水位传感器；抽放后端也包含火焰传感器、压

3、力传感器、水传感器。还有自动喷粉抑爆装置、真空泵、截止阀等保护装置。　　2系统构架　　系统构架如图2所示。系统由两个ZigBee终端（RFD）和一个ZigBee协调器（FFD）构造成一个星型WSN，由终端节点上的传感器负责采集参数（火焰、压力、水位）等，并分别由各自终端以无线方式传输到协调器，在通过USB接口传输给监控计算机。　　ZigBee（RFD）终端节点包括数据采集传感器、处理模块、无线通信模块和电源模块等4部分组成。ZigBee（FFD）协调器由USB通讯模块、处理模块、无线通信模块和报警模块等组成。　　3终端节点硬件设计　　3.1传感器选择　　火焰和压力传感器选择矿用本安型爆炸

4、信号控制器。如图3所示，2路火焰传感器连接到控制器的开关量输入通道，2路压力传感器连接到控制器的模拟量输入通道。输出四路信号，分别是爆炸信号输出、状态信号、控制信号、压力信号。6　　为保证监测信号的可靠性，设置机械式冲击波传感器，将管道内有无冲击波信号实时传递给爆炸信号控制器。当监测到有燃烧爆炸信号发生时，爆炸信号控制器发出自动阻爆装置点火信号，控制关断阀迅速切断。　　水位传感器选用GUY1.2系列液位传感器，工作电压为DC12～24V，测量范围为0～1.2m，输出为频率型信号，工作电压DC0～5v，矿用本质安全性ExibI。　　3.2ZigBee芯片选择　　CC2530是IT公司推出的

5、基于ZigBee/IEE802.15.4标准的新一代SoC芯片，它集成了一个高性能的RF收发器和一个优化的低耗8051微处理器，8kB的RAM，多达256kB的闪存，包括8路7-12位ADC，2个USART和21个通用I/O接口。　　CC2530是一款无线发射芯片，具有一定的控制功能可完成本设计所需全部功能无需外加控制芯片，因此CC2530选用实现无线信号的发送和接收。　　CC2530有8路AD转换通道用于连接8种传感器，可以测量多种不同的物理量，本设计只涉及6种物理量的测量，分别是爆炸信号控制器输出的4个信号、水位传感器和机械式冲击波传感器。　　4系统软件设计　　系统采用星型组网方案。

6、采用一个ZigBee网关加多个ZigBee数据节点的系统软件设计。软件包括Zigbee节点数据采集与发送ZigBee网关及上位机软件三部分。　　设计开发环境选用AIR7.60，AIR7.60是在Z-STACK-2.4.0-1.4.0协议栈基础上编写的应用层软件，系统由6个节点组成一个星型网络，一个协调器负责网络的建立，3个路由器和2个终端组件网络。6　　4.1ZigBee数据采集和发送　　通过CC2530模块采集的可以是测量火焰、压力、水位和机械式冲击波传感器等数据。由传感器输出的模拟信号、开关信号经过信号调理电路转换后变成数字信号，CC2530将数据处理后通过CC2530的发射天线发送

7、出去。　　为了实现无线传输，在发射端和接收端的CC2530芯片中集成了程序。在发射端的CC2530芯片中，程序在开始完成各模块初始化后，芯片就会首先建立网络，如果判断有传感器请求加入网络时就继续进行下一步，否则就会继续检测下去，然后芯片会把传感器节点地址储存起来，此时通过按键的输入就可以使芯片发送数据到接收端。　　在接收端的CC2530芯片中，在程序开始完成各模块初始化后，芯片会首先搜索网络，搜索到网络后芯片就会尝试加入网络。如果加