基于CC2430的煤矿安监信息采集系统设计

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1、基于CC2430的煤矿安监信息采集系统设计[导读]摘要：为了解决矿井环境的实时监控问题，设计了以CC24430为控制核心的矿井安全监测系统，井下环境中的温度、温度、瓦斯气体浓度的数据和矿工的生命体征数据由传感器负责采集，并通过ZigBee协议构建树簇型无线局域网并摘要：为了解决矿井环境的实时监控问题，设计了以CC24430为控制核心的矿井安全监测系统，井下环境中的温度、温度、瓦斯气体浓度的数据和矿工的生命体征数据由传感器负责采集，并通过ZigBee协议构建树簇型无线局域网并实现与上位机之间的通信。文章主要介绍了无线传感网络及数据采集与传输的软硬件的设计。该设计方案解决了矿井安全监测传感

2、网络的构建并能在意外发生时提供井下人员的位置及生命体征信息为救援工作提供参考。   目前，实际应用中的矿下环境监测系统存在网络布线难度大、可监控地点固定、事故发生后面网络临瘫痪危险等问题。近年来，随着我国能源需求的日益增加，矿难事故的发生呈现上升趋势，如何能够高效低成本的实时监控矿下环境，并在矿难发生时给救援工作提供指导成为应用领域对安全监控系统提出的新需求。基于802．15．4协议的ZigBee技术具有低功耗、高网络容量、高可靠性等优点，非常适合用于布置在井下作业环境中的无线传感网络。本文设计的基本思想是在井下复杂环境中利用传感器和ZigBee模块CC2430构成的便携式或固定的终端

3、，通过自组织方式构成无线传感器网络，将井下环境的检测信号发送到井上安全监测中心，实现矿下环境的实时监控，并将数据自动上传政府监管部门，当意外发生时可为救援工作及事故原因调查提供参考和指导。1ZigBee芯片CC2430    CC2430芯片是挪威chipcon公司提出的首个单芯片ZigBeeSoC解决方案。该芯片内部具有CC2420RF接收器和增强性能的8051MCU、8KBRAM等部件，其增强型8051MCU内核的性能是标准8051内核性能的8倍。CC2430还具有直接存储器定址(DMA)功能，拥有可编程看门狗定时器、32／64／128KB可编程闪存、AES-128安全协处理器、多

4、达8输入的8-14位ADC、USART、晶振为32kHz的睡眠模式定时器、上电复位、掉电检测电路(BrownOutDetection)、以及21个可编程I／O引脚等。可以被应用于所有ZigBeeTM的无线网络节点，包括协调器、路由器、设备终端。在接收和发射模式下，电流损耗分别小于27mA或25mA，并具有较短时间内从休眠模式转换到主动模式的能力，其低功耗特性非常适合井下无线传感网络应用。   CC2430的主要特点如下：   1)高性能和低功耗的8051微控制器内核。   2)集成符合IEEE802．15．4标准的2．4GHz的RF无线收发机。   3)优良的无线接收灵敏度和强大的抗干

5、扰能力。   4)有工作和休眠双模式，一般电池工作时间最长可达两年。   5)网络容量大，通过网络协调器可扩展到支持64000个ZigBee节点。   6)具有较高安全系数，采用三级安全保护，可根据需要灵活选择安全属性。2系统总体设计    该系统采用树簇型网络拓扑结构，系统包括一个网络协调器(ZC)、一定数量的路由节点(ZR)及终端节点(ZED)。其中终端节点由ZigBee模块、各种传感器及报警器和电源组成，根据功能不同分为固定终端和移动终端。固定终端主要作为路由终端，为网络提供路由服务；移动终端主要是由矿工佩戴的带有环境安全监测传感器和生命体征传感器的穿戴式便携式设备。   矿工佩

6、戴的便携式终端设备都拥有一个64的IEEE地址，这样只要记录下终端地址就可以很容易的确认矿工身份。意外发生时，通过作为网关固定终端路由信息的最后记录，就可以找到矿工具体位置，同时结合生命体征传感器采集到的生理信息，便可为营救工作提供大量有用信息。   网络协调器安装在井上安全监控中心，主要负责建立网络和管理网络，并将当前井下传感网络收集到的井下安监数据通过串口与计算机相连，进一步通过网络将信息传输到政府安全监督部门。这种实时同步的井下数据上传模式，可大大减小由私营矿主主观玩忽职守造成的安全隐患，对提高矿下安全监督管理水平有积极意义。3系统硬件设计    系统主要的硬件结构包括信号采集模

7、块、终端模块、信号传输模块。网络节点均采用CC2430芯片作为硬件基础。3．1信号采集模块    信号的采集模块的功能是采集井下的各种环境参数，通过CC2430的ZigBee射频模块发送给上位机。根据需要采集的信息选择适合的传感器，并进一步确定信号转换及电源电路。矿井安全监测需要采集的数据包括以下几种：瓦斯浓度、温度、湿度。井下携带人员的生命体征信息如：体温、脉搏。最后协调器将采集到的数据通过串口发送到上位机。   CC2430外部有20个通用