无线传感器在煤矿开采中的应用研究.doc

无线传感器在煤矿开采中的应用研究摘要：随着科学技术的发展，无线传感器网络系统越来越成熟和完善，其先进的技术优势将会在众多领域中得到应用。近些年来，在煤矿开采领域中事故频发，传统的煤矿检测系统的弊端日益暴露，基于此，本文着重分析了无线传感器在煤矿矿井中的应用，以便可以为煤矿领域提供有价值的参考。关键词：无线传感器 煤矿 应用近些年来，我国的煤矿事故时常发生，一旦出现重大煤矿事故，不仅失去大量的矿工人员的生命，而且还给煤矿企业和国家带来一定的负面影响。我国现有的煤矿井下的检测系统还是传统的有线检测系统，这种检测系统存在着一系列的弊端，比如说，它只能在矿井扩宽的场域方便使用，而在那些工人作业的采煤区域还不能够完全地有效使用。有线监控系统由于本身受布线区域的限制，当某一结点出现故障，会使局部区域失去监测能力；并且有线检测系统还存在布线复杂、监测点和网络结构相对固定，灵活性不足且扩展性差，系统部署和维护成本高等缺点1。可以这么说现有的有线检测系统还难以满足煤矿安全和应急预警和救援的需求。无线传感器由于自身的特殊特点，比如说方便，能够适应各种环境、检测精确度较高和具有可靠性高等，在当前的煤矿开采中非常实用。1 无线传感器的系统设计无线传感器在煤矿开采中的检测系统主要是由传感器服务网络、监测控制中心、数据采集与分析以及传送网络和终端服务设备等部分组成，其可以用下图来表示：图1 无线传感器矿井应用示意图此无线传感器系统主要在于无线传感器网络以及监控中心，监控中心主要有生产服务调度室、监测计算机、服务器、以及远程pc服务器组成。无线传感器网络主要负责收集数据和传输数据，监测计算机主要用来接收分析并处理井下传来的数据，服务器主要是用来存贮所有的数据及操作记录。2 无线传感器在煤矿开采中的应用2.1 无线传感器的的数据采集与传输网络设计2.1.1 无线传感器使zigbee技术。zigbee技术是一种近距离、低成本、简便、低消耗、低数据速率、高可靠性和高效率的双向无线通讯技术，可以在特点环境中、实现某些近距离的各种数据的收集检测以及对人员的实时跟踪。它主要是由一组ieee批准的802.15.4研发而来，ieee 802.15.4 是一种低数据率的无线个域网标准，分别对物理层和介质访问层进行了界定。物理层规范确定了在2.4ghz以250kbit/s 的基准传输率工作的低功耗展频无线电。介质访问层规范定义了在同一区域工作的多个802.15.4无线电信号如何共享空中通道，支持星型拓扑结构，树型拓扑结构和网型拓扑结构。1zigbee无线传感器网络是由三种节点类型组成：主节点就是我们日常生活中所说的协调器，主要是由一个ffd组成，它是构成整个无线传感器网络的核心；路由节点就是无线传感器网络中的一个无线收发接受器，主要是负责转发各种信息和维护网络；终端节点设备是整个网络中最基本的节点。2.1.2 无线传感器的网络设计。由于煤矿矿井的特殊性质和所存在的环境，无线传感器网络在井下采用网络型拓扑结构的网络设计可以更好地覆盖井下的较多的区域。方便矿井下面各种危害数据的传出，比如说：瓦斯的、二氧化氮的浓度和井下的湿度等多种重要的矿井下的数据有效地传出。井下协调器网关主要负责井下网络的建立与维护、控制井下各项命令的传送以及井下各项参数的有效接受和传出。增强型端设备和普通型端设备接有多种传感器，负责各种参数的采集和发送；路由器主要负责把各种节点同时联络到整个网络区域中，主要的责任是对端设备采集到的数据进行路由和消息转发并把端设备的数据传输给协调器。2无线传感器整个网络的建立主要是由几下几个大的程序构成，首先，需要启动整个网络的核心协调器来建立网络系统，然而通过路由器和终端设备构成整个网络系统。2.2 无线传感器的网络节点设计传感器的网络节点设计在煤矿矿井开采中也是最关键的部分，无线传感器网络节点主要是由各项数据的收集和各项数据的接受等两个主要部门所组成的，他们基本都包含了原始化的工作程序、数据发送程序和数据接受程序。原始化的程序主要是对网络系统的单片机、接连口、spi和射频芯片等进行处理；数据发送程序主要负责将传感器收集到的各项信息进行预处理后形成基本的数据包，并通过单片机的spi接口送至无线通信模块射频输出；接受程序主要是对传送过来的数据包进行接受并进行相应的处理。3 小结针对当前煤矿矿井在各项信息和数据收集方面所存在的缺陷，以至于由此所引发的事故也频发，传统的传感器系统在煤矿矿井中的弊端日益暴露，不利于当前深层次煤矿矿井的安全生产，本文基于上述问题，力图设计出一种无线传感器，无线传感器在煤矿矿井中的应用，矿井上的工作人员实时地能够对矿井下的各种危险信息进行及早的了解，及时地做好应急准备，这种无线传感器可以不间断地对矿井下的瓦斯、二氧化碳的浓度以及矿井下的湿度等各项参数进行收集并及时地传送到矿井上面，可以防范各项潜在风险的发生。随着无线传感器网络的发展，次技术在煤矿开采中的应用将会更加广泛，将有助于实现煤矿领域的安全生产。参考