基于zigbee技术的矿井工作面移动式瓦斯监测

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1、基于ZigBee技术的矿井工作面移动式瓦斯监测2系统组成本系统设计由移动式瓦斯传感器、矿井瓦斯监控分站、地面中心三部分组成。其中，移动式瓦斯传感器采集瓦斯信号，经过微弱信号放大电路，A／D转换后由单片机存储管理其数据。传感器采用定时输出、无线电发送方式。其核心电路由检测桥路、放大电路、单片机、2.4GHz发射电路组成。该传感器有两种供电模式，当装置放置在采煤机上时由采煤机电源转换后的直流电源供电；当由矿井工作人员便携时，则由矿灯电源供电。传感器将瓦斯信息从采掘点传输到矿井回风巷的端头。在回风巷端头设有瓦斯

2、监控分站。监控分站包括电力负荷控制和电子监控电路。监控分站的核心是嵌入式电路，该嵌入式电路外接2.4GHz的传输模块，实现无线信号的搜集与处理。当瓦斯超限时能够发出控制信号，该控制信号控制声光报警器发出报警信号，也可以控制工作面的供电系统，实施断电。该电路还能实现电力负荷的监测功能。遍布整个矿井的网络监控站的信息可以传到地面中心。地面中心的主要任务是实时显示各个监控点的瓦斯信息，供矿井调度实施生产指挥与调度。其系统原理框图如图1所示。2.1MC9S08GT60简介MC9S08GT60是Freescale公

3、司生产的低成本、高性能HCS08八位MCU，包括可快速执行调试和开发的新的指令．同时向下兼容M68HC08系列指令。它与M68HC08最大的不同在于内嵌了一套板载硬件调试工具，可以通过背景调试控制器(BDC)进行设计。MC9S08GT60具有片内在线编程Flash存储器支持块保护和保密设定、8通道10位模数转换器、串行外设接口模块、I2C总线支持100kb／s传输速率等特性，这些都使其在相关电子领域具有广泛的应用。2.2MC13192简介MC13192是Freescale公司生产的支持IEEE-802.1

4、5.4．协议标准的短距离、低功耗传输平台，支持星型和网型网络，仅需要2.0V～3.4V的电压，16个通信通道，最大输出功率为3.6dBm，内置接收、发送RAM，每个5MHz通带内都采用OQPSK传输250kb／s数据。支持3种工作模式，省电，最低能接收电平-92dBm，可为MCU提供时钟。MC13192可通过SPI接口与MC9S08GT60连接，从而组成一个低成本、高效能的监控传输平台。其传输功耗仅为1.0mW，适用于在煤矿中建立一个本质安全型的监测平台。2.3MC9S08GT60与MC13192连接MC

5、9S08GT60与MC13192连接原理图如图2所示。MC9S08GT60与MC13192通过SPI技术建立连接，MC13192同时为MC9S08GT60提供时钟。MC9S08GT60的PTB口作为外部器件接口，引脚PTB6、PTB7为模拟串口，通过74164驱动5个LED显示，引脚PTB3作为瓦斯浓度模拟输入端，通过程序设定进行A／D转换。同时将转换后的结果分别送MC13192调制发射及LED显示。3各部分工作原理3.1移动式瓦斯传感器平台的建立测定移动式瓦斯浓度，首先需要检测空气中的瓦斯浓度，将检测所

6、得的模拟量通过A／D转换，然后将数字量编码，最后通过ZigBee技术发送。各个不同的移动式瓦斯传感器平台可以由井下工作人员随身携带或置于环境较恶劣的监测点，实时监测瓦斯浓度。本方案采用MC9S08GT60单片机对瓦斯传感器检测的浓度进行采集和发送。MCU中内置了10位A／D转换器，对3V电压的检测精度可以达到3／210=0.003V，完全可以满足检测需要。同时，将检测所得数值变为10位数据并加入地址码，通过ZigBee平台以2.4GHzOQPSK方式进行发射。同时，单片机还可将所监测到的瓦斯浓度迅速显示在

7、移动传感器平台本身的LED显示屏上，从而可以使井下工作人员确认当前环境的瓦斯浓度是否可以安全开采。其流程图如图3所示。3.2监控分站平台的建立本解决方案根据硬件及组网要求搭建星型网络，MC13192最多可以产生16组传输频点，因此可根据要求以时分方式对16个监测点的数据进行采集，并得到相应瓦斯浓度，确定井下工作的安全性。3.3监控分站接收平台监控分站需要首先根据传输频率不同对各个移动监控点的数据分时接收。再根据所得到的数据进行相应判断，同时将瓦斯浓度值显示在LED屏幕上。如果发现瓦斯浓度超标，则可通过触发

8、控制电路切断空气开关，从而切断工作交流电源，避免引起矿井事故。同时，根据所接收到的数据，实时将数据通过MCU打包，再通过MCURS232串行接口传输数据．并通过RS232-TCP／IP转换器经以太网络传输至中央监控主机。具体MCU程序执行流程如图4所示。