基于ZigBee網絡的綜采面瓦斯濃度監測系統關鍵技術研究*

王海波

（淮南職業技術學院，安徽淮南 232001）

基于ZigBee網絡的綜采面瓦斯濃度監測系統關鍵技術研究*

王海波

（淮南職業技術學院，安徽淮南 232001）

在對煤礦目前瓦斯監測系統大量調研的基礎之上，為了滿足煤礦瓦斯監測的需要，將基于ZigBee的無線傳感器網絡技術應用于煤礦井下的瓦斯監測。

綜采工作面；瓦斯；無線傳感器網絡；節點

0 引言

目前，在我國煤礦井下，瓦斯濃度的采集主要有兩種方式：第一種是瓦斯檢測工利用便攜式的瓦斯報警儀進行檢測，這種方式的最大缺點是只能檢測到儀器所在位置的瓦斯濃度，對于瓦檢工不能到達的區域則不能實現連續無縫監測；第二種方式是利用瓦斯傳感器實時采集瓦斯濃度，經微處理器處理后，通過電纜傳輸給地面的測控主機，這種方式的最大缺點是瓦斯傳感器為固定安裝，不能脫離電纜自由移動。

1 煤礦傳統有線傳輸監測系統的弊端

（1）隨著煤炭開采進程，工作面的采煤機、刮板輸送機和液壓支架位置不斷地循環推進，使得工作面空間形狀不停變化，設備之間的相互位置也不斷發生變化，容易造成傳輸電纜撕扯和損壞，導致監控系統的癱瘓，并且這種破壞后的恢復周期一般較長。

（2）這種主要依靠硬接線的工作方式布線工作量巨大，擴展性能差且維護困難，加之有些巷道空間狹小，對通信線路的延伸和維護提出了很高的要求，導致安裝和維護成本比較高，一旦通信鏈路發生故障，整個監測系統就可能癱瘓。

2 無線傳感器網絡技術在礦井環境參數監測應用中的優勢

無線傳感器網絡是隨著微電子技術、計算機技術的進步而興起的一項新技術，它由部署在監測區域內多達65 000個微型傳感器節點組成的一個多跳的自組織網絡[1]。通過對現有幾種數據傳輸技術的分析，可以看到，ZigBee技術具有功耗低、成本低、容量大、可靠性高、自組織能力強、監測精度高、容錯性好以及無需布線的特點，正好適合于具有復雜地質構造及惡劣維護條件的煤礦井下移動設備和工作面環境參數的監測監控。

3 系統軟硬件結構設計

網絡節點一般由以下幾個模塊組成：傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊以及由微型電池組成的能量供給模塊[2]。傳感器節點硬件結構如圖1所示。

圖1 傳感器節點結構圖

圖2 傳感器節點工作流程圖

在本系統中，根據多種瓦斯傳感器比較，采用KGS-20低功耗瓦斯傳感器，該傳感器以二氧化錫為基本敏感材料，專門用于可燃性濃度檢測的一種半導體型氣體傳感器，體積小，耗電低，應用電路簡單，報警濃度為甲烷≥1%，響應時間≤20 s，恢復時間≤30 s，靜態功耗為150 mW，報警狀態功耗為300 mW，供電電壓為3～5 VDC。

傳感器節點的軟件設計利用中斷的方式執行相應的命令。基本工作流程如圖2所示。

4 結束語

針對目前煤礦井下有線瓦斯監測系統的局限性，提出了基于ZigBee網絡的瓦斯監測系統，該監測系統也可推廣應用到煤礦井下的其他應用領域如風速、溫度、濕度、CO含量等其他參數的無線監測[3]。

［1］蔣恒深，張曉光，李輝，等.基于ZigBee的綜采工作面設備及環境遠程監測系統設計［J］.儀表技術與傳感器，2010，47（09）：36-39.

［2］李文江，魏娟.ZigBee無線傳感器網絡在瓦斯監控系統中的應用［J］.黑龍江科技學院學報，2008，18（06）：414-416.

［3］沈楚焱，楊鵬，史旺旺.基于無線傳感器網絡的預裝式變電站測控系統［J］.機電工程，2012（10）：1213-1216.

Research on Key Technology of Gas Concentration Inspection System of Full-Mechanized Face Based on ZigBee Network

WANG Hai-bo
（Huainan Vocational and Technical College，Huainan 232001，China）

Through the investigation of a large number of coal mine gas monitoring system at present，to meet the need of gas monitoring of coal mine，this paper expounded the wireless sensor network technology based on ZigBee gas monitoring system used in coal mine.

full-mechanized face；gas；wireless sensor network；node

TP277

A

1009－9492(2014)02－0035－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.010

王海波，男，1973年生，安徽淮南人，碩士，講師。研究領域：礦山機械設備電氣控制及無線傳感器網絡。

(編輯：向 飛)

*安徽省高等學校省級自然科學研究項目（編號：KJ2013B264）；淮南職業技術學院重點科技基金項目（編號：HKJ12-1）

2013－11－30