（精品）zigbee技术在煤矿安全当中的应用

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1、无线通信在嵌入式系统中的应用讲座(28)ZigBee技术在井下安全中的应用1.1前言近年来，煤矿安全事故一直是大众关注的焦点，在全国广泛关注的王家岭事件之后，智利的矿难给我们上了一堂井下安全教育课。在安全制度和救援机制与技术上，我们远远落后于智利。井下安全是一个涉及很多方面的问题，需要煤企老板的观念意识的转变，社会监督、立法等道德法律手段去影响，其中缺少了哪一环，都可能会使安全系统形同虚设。当然，一个优秀的安全监控系统，也会从基层对于提高井下安全起到一个推动作用：可靠稳定，性价比高、维护成本底，使用

2、方便，会让安全机制更容易走进煤矿企业。术业有专攻，为解决这个社会问题，需要社会各界不同的团体来一起努力，社会学家处理社会关系，职权部门立法监督执行，各司其职，作为科技企业，我们则致力于提供技术上的最佳方案。1.2井下安全需要意识也需要技术井下定位与通讯，有两种方案，无源卡与有源卡。前者不需要电池供电，但是读卡距离短，不具备下行数据传输能力；后者需要电池，不仅需要考虑低功耗设计，更要考虑本安防爆，不过更实用的是后一种方案。因为确实需要长距离的通讯，电池和防爆的问题，都是可以解决的。ZigBee技术是目

3、前广泛讨论和实施的井下定位和通讯技术，相比于其他无线通讯技术，2.4GHZ的无线ZigBee技术有很多特点，下面我们来了解一下。1.2.1ZigBee技术介绍ZigBee名字来于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，ZigBee技术模仿蜜蜂通过跳舞来传递信息的方式，通过相邻网络节点之间信息的接力传递，将一个信息从一个节点传输到远处的另外一个节点。它的特点是低成本、低功耗、高数据率，网络结构优良。相比于WIFI，ZigBee技

4、术上更简单，不需要复杂的上层协议，，SOC单芯片解决方案成本低，这也导致了它更省电。相比于绕射能力更强的低频段无线通讯技术，2.4GHz的ZigBee有着更准确的信号强度指示，更大的数据通讯率，说到通讯速率，433MHZ最大100kbps的通讯速率似乎也够用了，但是10倍于433Mhz最大传输速率的ZigBee技术[ZICM2410模块可达1Mhz]，通讯速率将可以承载更多的应用，如体征数据传输，环境参数采集以及下行信息控制等。在井下使用ZigBee技术有以下的好处。l低功耗省电单个节点的模块功耗低

5、于100mW，而且单芯片可实现大部分功能，如下图所示，ZICM2410模块，以每隔10秒发送一次定位数据，使用550mAh【放电量约为500mAh】的电池可以工作13个月。产品应用笔记©2008GuangzhouZHIYUANElectronicsCO.,LTD.4图1电池容量与工作时间的关系l易于实现本安防爆因为需要的工作电压低，工作电流小，只需要在电池安装处做防火花处理即可。l有效读卡范围远图1所示的计算表，已经是模块工作在最大通讯范围时的功耗，在此功耗下，外置5dbi的天线，可实现视距500米

6、的通讯，使用板载天线，写字楼内通讯距离可达到150米，基站如果采用有线供电，可以使用大功率高接收灵敏度（ZICM2410P2模块），实现接近300米的通讯距离。表1ZigBee模块参数 小功率模块ZICM2410P0大功率模块ZICM2410P2实测视距传输距离（5dbi天线）500米1500米天线功率输出(dBm)6dBm20dBm接收灵敏度(dBm)-97-103.5为实现ZigBee设计者的初衷，必须要配合相应的路由协议程序，实现“接力跑形式”的传递，参考了ZigBee2006协议栈和一些ME

7、SH网络协议，我们推出了精简型快速的ZLGnet无线路由协议。相比于标准ZigBee协议栈，ZLGnet具有路由查找速度快，路由策略稳健等特点，使用自带的配置软件即可实现路由表的获取，并可以知道哪个节点的信号强度最弱，这在布设基站的时候，非常有用。产品应用笔记©2008GuangzhouZHIYUANElectronicsCO.,LTD.4图2查看路由表和最差信号质量1.1.1系统网络拓扑图无线定位通讯组件是一个ZigBee网络，这个网络的基础架构是分布于巷道内的ZigBee路由中继节点，由这些节点

8、挂接在有线主干网上，此有线主干网一般为CAN总线，分布的路由节点也是井下的标尺，配合地面监控中心的GIS软件，中心监测站的技术人员可以确定每个人的位置。图3系统拓扑图在巷道中，ZigBee信号的传输不能像地面无障碍传输一样，巷道内通讯距离要远远低于地面视距传输距离，中国矿业大学曾对各种频率的无线电信号在井下的传输距离做过详细的测试，并发表了相关的论文《矿井无线传输的特点》，论文指出，巷道拐弯、倾斜以及分支对于2GHZ高频信号影响是非常大的，因此，全部走无线，不但成本非