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红外无线瓦斯传感器的研究 全日制硕士学位论文申请人姓名侯海涛指导教师李长青学位类别工学硕士专业名称通信与信息系统研究方向计算机监测监控河南理工大学计算机科学与技术学院二一三年四月红外无线瓦斯传感器的研究学河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文红外无线瓦斯传感器的研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。 学位论文作者签名:年年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权。 学位论文作者签名导师签名年月日年月日TN215密级公开UDC53.08单位代码10460红外无线瓦斯传感器的研究The Researchof InfraredWireless GasSensor申请人姓名侯海涛学位类别工学硕士专业名称通信与信息系统研究方向计算机监测监控导师李长青职称教授提交日期xx.4答辩日期xx.6河南理工大学致谢本论文是在我的导师李长青教授的细心指导下完成的。 论文的创作过程中，李老师给了我很多方面的支持和帮助，对于论文的细节方面他反复的帮我修改，提出了很多的宝贵意见。 在论文之外，无论是生活上还是学习上，李老师都给了我无微不至的关怀和帮助。 所以在论文即将完成之际，我要向他表示深深的感谢。 本课题的完成也离不开其他老师的耐心的指导，我还要感谢安巍鹏老师、赵建贵老师，三年的研究生生活中，他们不仅在学习上给了我很大帮助，更教会了我很多人生的道理。 此外，我还要感谢我的父母，他们是我不断向上的动力。 我还要感谢所有帮助我的老师和同学，谢谢！I摘要随着煤矿产业的高速发展，煤矿生产的安全问题也变成了我们首先要关注和解决好的问题。 矿井下，实时准确的监测瓦斯浓度对于矿井的安全生产有着特别重要的作用。 本课题研究的红外无线瓦斯传感器，能够利用红外检测头精确而连续地监测周围环境中的甲烷气体的浓度，通过ZigBee无线收发模块传送到工作分站。 相对于催化型传感器，该传感器寿命长，无需经常调校，稳定性好。 相对于靠电缆传输信息的传感器，该传感器移动方便，减轻了井下布线工作量，解决了传感器通信线路在放炮掘进时易损坏的问题。 在分析国内外同类产品的基础上，对比了各种检测方法和各种短距离通信技术的优缺点，结合了煤矿环境下瓦斯传感器的设计要求和应用环境，提出了系统的总体设计方案。 硬件设计方面，采用模块化设计方法进行设计，主要包括单片机控制模块，红外传感器模块，基于CC2430的无线收发模块，电源模块，红外遥控模块等。 红外传感器采用高分辨率红外传感元件，保证了测量的精确性，利用红外遥控模块可以对报警点等数据进行无接触遥控调整；无线收发模块采用基于ZigBee的低功耗芯片CC2430,可将所检测到数据安全有效的传送至工作分站。 软件设计方面，利用高级编程语言C51对该系统进行模块化编程，主要包含主程序、数据采集处理程序、无线发送接收程序等，软硬件设计采取相关措施来有效的抑制干扰。 经试验测试，该系统工作稳定，准确性高，具有很好的应用价值。 然而伴随着煤矿行业的高速发展，国内煤矿安全问题也成为了我们必须要关注的严峻问题。 资料显示，中国矿难死亡人数占世界的80%，是美国的100倍，是南非的30倍，安全问题已成为煤矿生产中的首要问题。 在我国各类煤矿事故中，瓦斯事故尤为突出。 矿井瓦斯主要成分是甲烷这种无色、无味、无臭的气体，它是在煤的生成过程中的伴生气体。 甲烷本身无毒，但是当空气中甲烷含量很高时，井下的盲巷或通风不良地区，会造成瓦斯窒息事故；当甲烷与空气混合，混合体积百分比为5%-16%，遇高温火源时就会引起爆炸。 瓦斯事故严重影响了矿井的安全生产，对矿工生命安全也造成了极大的威胁。 因此对瓦斯的准确实时监测十分必要，而研究高精度，寿命长，操作方便的瓦斯传感器，意义也十分重大。 我国煤矿操作规程中明确指出，煤矿相关的从业人员下井时，需要携带便携式的瓦斯检测装置1。 对于瓦斯检查人员来说，携带光学甲烷检测装置，可以给检查工作带来很大的便利性。 矿井中监控系统负责对各类信息，如瓦斯、风速、负压、一氧化碳、温度等安全参数进行集中的监控和管理，在监控系统的基础上研制配套的更高性能的传感器就具有巨大的市场前景和应用前景。 传统的瓦斯传感器都是采取电缆与系统分站连接的方式来完成通信的，这一特点会出现煤矿掘进面放炮掘进时，通信线路极容易被炸断。 该课题研究的无线瓦斯传感器，利用zibee技术可以直接将传感器采集到的信息传送给远处的系统分站，从而保证监控系统的正常安全的运行。 在瓦斯信号采集方面采用了红外传感元件，不仅保证了数据的采集精度，而且延长了传感器的使用寿命。 1.2红外瓦斯检测技术的发展现状1.2.1瓦斯检测技术的发展现状瓦斯检测仪器的研究是随着煤炭产业的发展而逐渐受到关注的，国外关于瓦斯检测技术的最早应用，是英国在1815年发明的瓦斯检测灯，利用火焰的高度来检测瓦斯的浓度。 但该装置过于简单不能保证检测的可靠性，而且寿命也很短。 河南理工大学硕士学位论文220世纪30年代，日本发明了光干涉瓦斯检测器，该检测仪采用光干涉原理，由于甲烷的折射率与空气的折射率不同，由同一束光源发出两束光分别经装有空气的参比气室和装有待测气体的测量气室之后，再相遇时两束光将产生干涉条纹，测定干涉条纹的位置就能够相应的得出瓦斯浓度2。 光干涉瓦斯传感技术，已经在煤矿井中使用了将近半个世纪，使用寿命长，但是容易受温度和气压影响而产生误差，把干涉信号转化成电信号也有些困难。 该类型的检测仪在瓦斯检测方面已经很少运用。 1954年，英国采矿安全所研制了最早的载体催化原件，催化型瓦斯传感器开始进入全面发展的时代。 20世纪80年代初，世界各国的瓦斯检测仪纷纷从传统的光干涉型过渡到载体催化型。 该类型检测仪的工作是利用了甲烷和氧气在催化元件作用下反应放出热量会引起元件电阻增加，测量电阻增加量即可得出瓦斯浓度的原理。 这种原理的检测仪器目前在煤矿中使用的最为广泛，而且由于其信号输出易于处理，响应时间短，结构坚固，受湿度温度影响小，价格适中等特点，得到了大范围的推广3。 但是载体催化型瓦斯检测装置测量范围小，容易因高浓度瓦斯和硫化物中毒，还存在零点漂移和灵敏度漂移等问题，所以在使用中受到了一些限制。 红外检测技术是利用不同气体对红外光有着不同的吸收光谱，某种气体的特征吸收光谱吸收强度与该气体的浓度相关这一原理来检测甲烷浓度的。 该类检测仪灵敏度高、选择性好，无中毒现象。 目前国内外都在积极的研究。 在我国，检测瓦斯仪器的种类很多，大体上瓦斯检测仪可分为光干涉型、载体催化型、热导型、气敏半导体型、红外型这几类。 表1-1对这几类瓦斯检测仪的性能进行了详细的比较。 由对比可知，红外测量方法与其他几种方法比较起来有明显的功能优势。 红外检测仪在精度、选择性和寿命这几方面的优势，使得该类型仪器能够满足现代煤矿系统可靠、稳定、低维护等要求。 随着气体红外技术和电子产业的发展，在易燃易爆气体的测量过程中，用红外检测装置来代替传统的催化型装置具有很好的应用前景。 表表11-1国内各类检测仪的性能对比Table1-1Performance parisonofthevarious typesof detector名称原理稳定性精度选择性零漂校正周期寿命价格光干涉型折射率不同好中差中载体催化型热效中好差中1周6月中热导型热导效应好中中大中中气敏半导体型气体吸附差差差大低红外型气体吸收好好好小自校正长高1引言31.2.2红外检测技术的发展现状由于红外气体检测技术有精度高，灵敏度高，测量范围宽，寿命长等特点，国内外很早就对这种检测技术进行了研究。 德国早在20世纪70年代就成功研发了SIGMACO型的红外一氧化碳传感器，测量范围为0-0.01%，精度为6%,应用于早期矿井中CO的检测。 但体型巨大又要频繁的更换过滤器，所以没有得到广泛的推广；80年代初，法国研制的型号为LEL-5610红外二氧化碳检测仪，实现了对危险爆炸环境中CO2气体的检测。 测量范围0-0.1%,零漂小于3%。 该检测仪使用敞开式气室，可以直接接触到被检测的气体。 检测过程对红外光源老化、探测器老化、镜头灰尘引起的误差自动补偿；20世纪90年代，俄罗斯研制的TMA-CO-B型矿用一氧化碳检测装置，能自动检测校零，不用标准气也能对气体浓度进行检测。 国内只是近几年才在展开了对矿用红外检测方法的研究，1996年山西矿院对现有的红外传感器的光路结构进行了讨论研究，设计了适合井下使用的光学系统，并改进了斩波技术，信号处理采用单片机系统作为核心控制单元。 同年，合肥煤炭研究院对法国LEL-5610红外二氧化碳检测仪进行了分析。 并提出了几种国产化方案。 xx年由武汉四方光电科技有限公司参与开发的项目-非分光红外传感器的研究也取得了新的进展4。 我国每年需要从国外引进大量的红外检测仪。 一年要购进1000套尾气分析仪；用于连续监测污染物的CEMS的关键红外分析部件也只能依靠进口，国内还没有成熟的替代产品；麻醉无创监护时使用的二氧化碳传感器和安全监测领域的红外可燃气体变送器在国内更是找不到相关的产品。 红外检测技术具有明显的功能优势，因而对红外检测技术的深入研究非常有必要。 1.3无线传感网络的发展现状无线传感网络涵盖了众多学科，如计算机技术、传感器网络、以及无线通信技术，可以利用各类传感器实现对各种实时信息的采集，并通过无线的方式传发送给用户，从而实现外部世界和人的信息交流。 第一代传感器网络出现在20世纪70年代，采用简单信号获取和处理能力的传统传感器进行点对点的信息传输，并通过连接控制器来构建传感器网络。 第二代相对第一代传感器来说，能够获取多种信号，通过串并接口连接控制器，从而构成能够处理多种信息的传感器网络。 第三代传感器网络出现于20世纪90年代后期到21世纪初，采用了智能获取多种信息的传感器，利用现场总线连接控制河南理工大学硕士学位论文4器，构成智能化传感器网络。 第四代现在正处于研究开发阶段，可以利用多信息信号采集能力的传感器，自组织无线接入网络，与控制器连接，组成无线传感器网络5。 我国对无线传感网络的研究是与国外同步的，1999年我国首次将无线网络确立为信息与自动化领域中应努力发展的重点项目6。 xx年9月与之相关的研究成果在北京进行了产品展示，部分的研究成果已经在实际的工程系统中应用。 1.4本文的研究内容和方法本文的研究采用理论和实验相结合的方法。 首先对市场同类产品做系统的分析，在理论上对红外无线瓦斯传感器要有足够的了解。 再次，对该系统的外围扩展芯片和所选用的元器件要有清晰的认识。 在对体积、性能以及市场成本充分考虑的基础上，选用了英国DYNAMENT公司的Premier高分辨率红外传感元件，采用AT89C52单片机作为该系统的控制核心，选用CC2430无线收发芯片构成该设计的无线收发模块。 该课题需要完成的工作如下 (1)根据红外无线瓦斯传感器的设计要求，确定系统的总体设计方案； (2)根据总体方案完成对硬件电路的设计； (3)对应各硬件电路设计出相应的软件，使用C51软件和IAR软件对软件调试以保证其准确性。 (4)整体测试。 按照国家安全监督管理总局xx年发布的中华人民共和国安全生产标准AQ6211-xx煤矿用非色散红外甲烷传感器的要求，该传感器需要符合以下要求7使用环境条件温度(0-40)相对湿度98%储存温度(-40-60)压力(80-116)kPa风速不大于25m/s性能参数电压12-18DC分辨率在(0X10)%CH4内，其分辨率应不低于0.01%，1引言5在(10X100)%CH4内，其分辨率应不低于0.1%。 测量范围(0-100)%CH4,基本误差在(0X10)%CH4内,0.06在(10X100)%CH4内,真值的6%(X为甲烷浓度体积数)响应时间25s防爆形式矿用本质安全型，防爆标志为“ExibI”遥控距离4m1.5论文的内容组织第一章对选题的背景和意义做了说明，介绍了瓦斯检测技术、红外检测技术以及无线传感网络的发展现状。 对该论文的研究内容和方法进行综述，提出了设计要求和标准。 第二章对ZigBee技术进行了概括，介绍了ZigBee协议和它对应的拓扑结构，对比了该技术与其他的短距离无线通信的优缺点，并对井下使用该技术的可行性进行了分析。 第三章设计了系统的无线通信模块，在选定了通信方案之后，对选择的芯片CC2430的主要特点进行了介绍。 围绕CC2430，设计了其外围电路，并确定了该芯片所使用的仿真调试工具。 第四章对红外瓦斯传感器的硬件电路进行设计，提出了整体的设计方案。 然后对各个模块电路如单片机、看门狗电路、时钟电路、放大电路等进行了设计。 第五章完成系统软件设计，包括主程序的设计以及各个功能模块如AD转换程序、数字处理程序、显示程序等的设计。 第六章抗干扰设计，介绍了煤矿井中常见干扰，有针对性的采用硬件抗干扰和软件抗干扰措施来提高系统的稳定性。 第七章依据相关的规定和标准，对传感器进行试验分析，以保证其符合行业标准。 1.6本章小结本章阐明了选题的背景和意义，对红外检瓦斯测技术的发展和现状做了简要的叙述。 对本文的研究内容和方法进行了说明，并对本文的内容组织做了详细的介绍。 河南理工大学硕士学位论文62ZigBee无线通信技术72ZigBee无线通信技术2.1ZigBee技术的概述ZigBee技术的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4(ZigBee)技术标准。 ZigBee技术名称蜜蜂采蜜的过程，蜜蜂采蜜时会跳着ZigZag的形状来进行相互之间的信息交流，以此来获取食物源的方向距离等重要信息8。 由于蜜蜂本身体积很小，所需能量也很少，人们就用ZigBee技术形象的代表功耗小，体积小，传输低速率的无线通信技术。 在国内ZigBee又被称为紫峰，智峰。 相对于传统的无线通信技术，ZigBee协议紧凑简单，实现起来也相对容易，只需要8位处理器、4kROM和64kRAM即能满足其最低工作要求，因此成本相对于其他芯片来说更低。 ZigBee无线传感平台可最多包含65000个无线模块，结构构成与移动通信的CDMA和或GSM网络非常相像；每个ZigBee模块的职能就和移动基站一样，在整个无线通信网络范围内，不同模块之间可以进行信息的传递；模块之间的传递距离可以远到几百米甚至几公里9。 区别于移动网络的是，ZigBee网络的作用是为了数据传输，而移动网络是为了语音通信，每个ZigBee“基站”的成本不到1000元人民币，远低于一个移动基站动辄百万元的成本投入。 目前，ZigBee技术已经广泛的部署到商用电子、住宅以及建筑自动化、工业设备检测、PC外设、医疗设备、玩具和游戏等无线传感和控制领域当中。 2.1.1ZigBee技术的特点ZigBee技术特点主要包含以下几个方面 (1)可靠碰撞避免机制可有效防止数据发送过程中的竞争冲突；节点之间可自动连接，建立网络。 (2)安全ZigBee的加密算法采取通用的AES-128，信息传送过程中实时的检查可以保证传送数据的完整性。 (4)时延短通信时延和从休眠激活的时间保持在15-30ms以内。 (5)功耗低低功耗待机模式下，两节5号干电池可使用6个月以上，最多可以用到2年时间。 (6)成本低低速率传输，协议简单，且没有专利使用费，大大的降低了开发成本。 河南理工大学硕士学位论文8 (7)覆盖范围大两节点通信范围可达到10-75m,外加功放的条件下可以达到1000m以上。 (8)容量大可通过网络中的任意节点构成巨大的ZigBee的网络结构。 2.1.2ZigBee技术使用频谱和ISM开放频段无线通信在RF这一段包括了常见的调频收音机、各种手机、无线电话、各种卫星电视等从几十兆到几千兆的频谱范围。 为了保证各种无线通信不致混乱，各国的无线电管理机构负责管理RF频道的使用。 美国的联邦通讯委员会(FCC)，欧洲的欧洲电信标准化协会(ETSI),中国的中国无线电管理协会，分别负责各自的RF频道管理。 一般情况下，在各国的无线电管理部门允许时才可以使用频带资源。 但是为了满足生产生活的需要，某一些段是可以不经过许可自由使用的，该频段被称为工业科技医疗频带(ISM频带)10。 美国的ISM频带包括27MHz、260-470MHz、902-928MHz和常用的2.4GHz。 欧洲所使用的ISM频带为433MHz、868MH和通用的2.4GHz。 中国所使用的ISM频段为433MHz和2.4GHz。 可见，全球通用频段为2.4GHz。 ZigBee技术完全兼IEEE802.15.4标准，其使用的频段分别为2.4GHz和868/915MHz，其中的2.4GHz频段为频段。 在IEEE802.15.4中，共分配了27个具有三种速率的信道在2.4GHz频段的16个速率为250kb/s的信道，在915MHz频段有10个40kb/s的信道，在868MHz有一个20kb/s的信道。 以上信道的中心频率的定义如下(k为信道数):cf=868.3MHz,(k=0)；(2-1)cf=906MHz+2(k-1)MHz，(k=1,2,?,10)；(2-2)cf=2405MHz+5(k-11)MHz，(k=11,12,?,26)；(2-3)ZigBee可以根据信道拥挤情况，可用性和传输速率的大小从以上27个信道中选择合适的信道。 从能量和成本的角度考虑，不同的速率适合不同的应用。 例如，对于一些玩具和计算机外围设备，250kb/s的速率即可满足功能需求。 对于其他的家用设备和工业用传感器设备，选择低传输速率20kb/s就可以满足需求。 2.2ZigBee协议栈结构ZigBee协议栈的体系结构是基于标准的七层开放式系统互联(OSI)模型，该结构仅对ZigBee的层予以定义。 如图2-1所示，IEEE802.15.4标准定义了最2ZigBee无线通信技术9下面物理层和介质控制子层11。 ZigBee联盟提供了网络层和应用层(APL)框架的设计。 其中，应用层的框架包括了支持子层(APS)，ZigBee设备对象(ZDO)和由制造商指定的应用对象。 Zigbee应用层Zigbee网络层IEEE802.15.4MACIEE802.1.4868/915MHz PHYIEE802.1.42.4GHz PHYZigBee联盟IEE802.15.4图图22-1eZigBee体系结构模型Fig.2-1ZigBee architecturemodel2.3ZigBee的网络拓扑结构2.3.1ZigBee三种类型设备ZigBee规范定义了三种类型的设备，分别是协调器，路由器，终端设备。 三种设备的功能要求如下协调器是用来启动和协调网络的，每一个网路只能有一个ZigBee协调器，用来协调网络的正常工作并保持与其他设备的正常通信；路由器作用是起到一个传递的作用，可以将信息传送给其他设备；终端设备用来执行相关功能，并通过ZigBee网络将信息传递到与其通信的设备，终端设备的这个特性决定了它的存储量可以很小。 2.3.2ZigBee三种网络拓扑结构ZigBee网络根据应用的需要可以组成3种拓扑结构，即星形网络、网状网络和簇状网络12。 如图2-2所示，星形网络中，所有的设备都与中心设备-协调器相互通信，该网络中路由器是没有路由作用。 星状网络作用对象范围很有限，适合做小规模应用；网状网络的网状结构，决定了任何的全功能节点都能互相通信，实现对信息的路由转发。 网状网络在构建时需要的节点很多，需要处理的信息多，所以比较复杂；簇状网络的结构其实是若干个星形网络的集合，构建簇状网络比网状网络相对来说简单一些，所需要的资源少，可以实现无线网络的路由转发，进而扩大了网络的通信范围。 河南理工大学硕士学位论文10网络协调器网络路由器网络终端设备星形拓扑网状拓扑簇状拓扑图图22-e2ZigBee的三种拓扑结构Fig.2-2three kindsof topologystructure ofZigBee2.4ZigBee与其他短距离无线通信技术对比2.4.1WiFi WiFi(wireless fidelity)即IEEE802.11x,最早提出于1997年，最大的优点是可以提供无线局域网的接入，WIFI可以实现几兆到几十兆的无线接入。 WIFI最大的特点是便携性，解决了用户“最后100米”的需求，被广泛的应用与办公室局域网，校园网用户终端接入。 WIFi的优点有覆盖范围广，通信半径可以覆盖100米；门槛不高，在WIFi覆盖的区域内，任何人员手持WIFi设备都可以轻松的接入网络；健康安全，WIFi的实际发射功率大约在6070毫瓦，该功率对人体是十分安全的。 WIFi相对于ZigBee的缺点主要有功耗大，其优异的带宽是以较高的功耗为代价的，所以大多数WIFi设备都要有较高的电能储备，这一特点限制了该技术在工业场合的推广应用；成本高，在一个器件上加一个WiFi至少要15美元。 2.4.2超宽带通信UWB超宽带UWB(ultra wideband)是一种无线载波技术，它不采用正弦载波，而是采用纳秒级的非正弦脉冲传播信号，因此其频谱范围很宽，UWB可以在非常宽的带宽上传输信号。 UWB可利用低功耗，低复杂度的发射接收机实现高速传输。 UWB与传统的无线通信技术相比的优点有传输速率高，上千兆赫兹的超宽频带保证了发送信号频率很低的情况下也能达到100500Mbit/s的高传播速率；保密性好，UWB发射机功率可以低到1mW,保证了UWB信号隐蔽性能好，不易被截获；抗多径衰落，UWB采用持续时间很短的窄脉冲，所以可以做到很强的穿透障碍物的能力；无载波基带通信，UWB采用基带传输，不需要无线调制解调，所以能够减小设备的功耗，降低成本。 2ZigBee无线通信技术11由于UWB占用频带很大，再加上脉冲持续时间短引起的瞬时功率很大，使得该技术对其他无线设备的干扰很大。 2.4.3蓝牙技术蓝牙(Bluetooth)最早由爱立信公司于1994年开始研究并应用于手机和其附件的无线通信上13。 蓝牙信道宽1MHz,异步非对称连接可以达到723.2kbit/s的传输速率，无线通信距离为10米以内。 但因为其需要对语音和特定网络的支持，导致系统更加复杂，成本也随之增加。 蓝牙作为一种短距离无线通信技术，越来越多的应用于工业自动控制、手机以及PC外设领域。 蓝牙的技术优势在主要体现在下面几点全球可用性，2.4GHz无需申请频段使其不用支付任何费用；易于使用，易于安装设定；可用范围广，蓝牙技术的快速发展使得该技术在汽车，手机、医疗设备上、工业市场都得到了广泛的应用。 与ZigBee相比较，其缺点也是明显的该技术复杂程度高，ZigBee协议的简单协议可以保证其需要的系统资源可以很少，而蓝牙设备的成本则要高于ZigBee设备；蓝牙只能配置7个节点，因而在大型传感网络中该技术运用的很少。 下表对常见的四种短距离无线通信技术做了简要的对比展示，由表2-1的对比可以看出，ZigBee在常见的短距离无线通信技术中具有很大的优势。 表表22-11短距离无线通信技术比较Table2-1Short-range wirelessmunication technologyWi-Fi UWB蓝牙ZigBee成本较高最高较低最低有效距离100m30m10m10-75m传输速率5.5/11Mbp/s40-600Mbp/s1-3Mbp/s20/40/250Kbp/s电池寿命几天几小时几天几年采用协议802.11b无802.15.1802.15.4通信频段2.4GHz3.1-10.6GHz2.4GHz868/915/2.4GHz2.5井下采用ZigBee技术的可行性分析井下监控系统对所使用传感器的要求有通信终端便于携带；通信系统具有一定的抗干扰能力；通信系统的拓扑结构要有利于矿工在巷道内的施工；通信系统信息传输以低速率为主。 本课题采用了ZigBee技术，在井下使用的可行性主要体现在以下几个方面河南理工大学硕士学位论文122.5.12.4GHz的频段特性由井下巷道环境中一系列的传输试验表明，最适合作为井下的通信频段为1000MHz，但是考虑到功耗、体积以及便携性等因素，ZigBee所采用的2.4GHz传输频段造成的数据损耗率可以接受，在频带宽度方面的优势也是非常可观的。 在国际上，由于2.4GHz频段是不需要申请的，这就从根本上降低了该终端的设计成本，2.4GHz下对应的天线尺寸也可以做到较小，功率也很小。 这一特点使得ZigBee技术使用的2.4GHz频段非常适用于井下系统通信。 2.5.2直接序列扩频(DSSS)技术直接序列扩频技术(DSSS)可以将窄带信息信