基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统研究.pdf

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1、第28卷第4期增刊2∞7年4月仪器仪表学报ChineseJoumalofsclcntlfic1nstr恤nt基于无线传感器网络的V01．28N忱4Anr．2007煤矿安全监控系统研究’钱建生，孙彦量(中国矿业大学信息与电气工程学院徐州221008)摘要：本文将无线传感网络(wsNs)引入煤矿安全监测和灾害预警。根据无线传感网络的体系结构和性能标准，提出了应用在煤矿安全监测中的一些特殊需求。出于传感器节点系统成本、开销、能耗、通信能力殛其通信可靠性的考虑，在IEEE802．15．4／zigBee协议的基础上

2、，设计实现了以0c2431和AT9lRM9200芯片为核心的传感器节点及接入网关，系统在信标使能和信标禁止模式，关联和簇树形成平稳，网络能够有效自组织，实现对采煤工作面和掘进巷道等区域的安全监测。关键词：煤矿安全监测；自组织}无线传感器网络；掘进巷道Researchoncoalminesafetym帅“oringbased蚰wirele鲻sensornetworksQianJiansher培，SunYanjing(＆抽以。，h，。”撇fZ州n树B盯f—mZ。oz越Uni俚“f00，脯nfng。“nc^加Z

3、p削，X船^删船jD∞，(Mi凇)Abstract：Inthispper，wirelesssensornetwork(WSNs)isintroducedtoimprovethelevelofsafetymolli—toringanddjsasterwarningincoalmine．Severalis5uesaboutitsapplicationincoa】minearepreSented．Consideringsystenlaticcost，resourceconsumption，communicati

4、oncapabilityandreliability，thehardwareofsensorandsinknodesbasedonTrsCC2431andATMEIjsAT91RM9200respectivelyaredesignedandi如LplementedaccordingtoIEEE802．15．4／zigbeeprotocolstInbothbeacone11abledⅡ10deandnon-beaconenabledmode，associationandtreefonIlationproce

5、edsmoothlyandthenetworkcanshapeupefficientlybyitsel￡Itcanachievetheeffective蜘【onitor主ngonminingsurfaceandexcavationroadway．Keywords：Coal血nesafetymDnitoring；ad．hoc；wirelesssensornetwork；excavationroadway1引言煤矿工作面环境恶劣，自然灾害频发，移动生产设备多，工作条件复杂，现有的煤矿安全监测监控技术需要敷设大

6、量通信电缆，而这些电缆随着生产的推进不断移动，维护十分不便，且经常会被砸断影响监测的连续性，亟需引入新技术克服这个制约煤矿安全和灾害预警水平的问题“目。无线传感器网络(wirelessSensorNet、vork)综合了传感器技术、嵌人式计算技术，分布式信息处理技术，现代网络及无线通信技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端⋯]。在采空区、工作面等煤矿安全监测

7、的关键地带，由于其自然条件非常恶劣，布线不能随时进行，监测监控难度大，安全隐患多。利用无线传感器网络则可以克服存在的困难，实现煤矿采煤、掘进工作面、采空区瓦斯以及人员定位等无线接人检测和灾变后对环境监测系统的快速重构，提高煤矿安全监控系统在灾变条件下的残存性，建立高度可靠的煤矿安全监测及灾害预警系统”。．2煤矿安全监测对WsNS的特殊要求采煤工作面．掘进巷道以及采空区的环境条件对*基金项目；国家自然科学基金重点项目资助(70533050)；江苏省科技攻关项目(Bs2006002)666仪器仪表学报第28卷

8、无线传感器网络在煤矿安全监测上的应用提出了新的要求和挑战，即资源受限、可扩展性，容错性、自组织、实时性和安全性等o]。其中，资源受限，尤其是能量有限是煤矿井下无线传感器网络的一个重要特征。由于传感器节点多采用电池供电，而且煤矿的工作环境决定了人工维护(如更换电池)难度非常大，在通常情况下，一旦部署就只能采用无人值守的方式”q。因此，在煤矿特殊工作条件下，无线传感器网络的应用有着以下特点：(1)电磁环境复杂。煤矿井下尤其是工作面