基于ZigBee的瓦斯无线监测系统硬件设计
基于ZigBee技术的无线红外瓦斯传感器智能监测系统设计
基于ZigBee技术的无线红外瓦斯传感器智能监测系统设计于良杰;王知学;马建辉;庄汝科【期刊名称】《物联网技术》【年(卷),期】2013(000)003【摘要】给出了以AT86RF212为核心的ZigBee无线通讯技术实现红外检测终端的组网监测方法，详细介绍了系统架构及终端红外检测模块的硬件设计及软件架构。
该方法可以很好地实现井下特殊环境下的检测布控，从而有效监控井下各点的瓦斯突变。
%ZigBee wireless communication technology with AT86RF212 as the core is adopted for the implementation of infrared detection terminal network monitoring method. The paper describes in detail the system architecture, the hardware design and software architecture of terminal infrared detection module. The method can achieve detection deployment and control in underground environment in order to effectively monitorthe gas mutations at underground points.【总页数】2页(P11-12)【作者】于良杰;王知学;马建辉;庄汝科【作者单位】山东省汽车电子重点实验室，山东济南 250014; 山东省科学院自动化研究所，山东济南 250014;山东省汽车电子重点实验室，山东济南 250014; 山东省科学院自动化研究所，山东济南 250014;山东省汽车电子重点实验室，山东济南 250014; 山东省科学院自动化研究所，山东济南 250014;山东省汽车电子重点实验室，山东济南 250014; 山东省科学院自动化研究所，山东济南 250014【正文语种】中文【中图分类】TN92;U18【相关文献】1.基于ZigBee技术的无线瓦斯传感器的设计 [J], 汝彦冬;曹炜;张吉利2.基于ZigBee技术的环境智能监测系统设计 [J], 鲁娟娟;白延敏;吴凡3.基于ZigBee技术的水域污染远程智能监测系统设计 [J], 徐栋;王培风;汪建英4.基于ZigBee技术的红外无线瓦斯矿灯的设计 [J], 朱辉5.基于ZigBee技术的无线红外CO检测仪 [J], 李亮;曹婷婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于zigbeePro的瓦斯监测系统设计
科技应用14 农家科技基于zigbee Pro 的瓦斯监测系统设计李梅梅1 宋 昕1 李泓锦2(1东北大学秦皇岛分校 河北秦皇岛 066004；2北华航天工业学院 河北廊坊 065000）摘 要：针对矿井安全问题，本文提出了一种基于ZigBeePro 的瓦斯浓度监测系统设计方案，采用MJC4/3.0L 传感器、芯片CC2530作为控制器，设计组成了一整套软硬件结合的zigbeepro 无线网络，结合多因素的信息融合技术和模糊推理技术，提出了瓦斯安全等级评估的的新方法，实现了对瓦斯安全等级高精度的预测，抑制了多因素干扰对评估结果的影响。
此系统具有安全、抗干扰、高灵敏度、低功耗、高寿命、应用简单等特点，在实际应用中有着巨大的优势。
关键词：zigbee pro；CC2530；气体检测；模糊推理与信息融合技术 1.引言 近年来，煤矿安全正日益引起人们的关注，煤矿事故的频发，在社会上引起了严重的影响。
因此，研究出实施有效的安全监控系统显得尤为迫在眉睫。
为顺应监控信息趋于网络化的需求，设计了基于zigbee Pro 的瓦斯浓度监测系统。
传统的瓦斯浓度监测设备采用有线方式进行信号传输，该方法虽能现场快速检测出气体浓度，但此方式布线繁琐且对线路的依赖性很强。
而无线传感器网络可实时准确的对各环境参数进行采集监控，有效地弥补了有线监测方式存在的不足，同时避免了人员现场进行检测的危险性，并可实现对监测区域的多点连续测量，数据的可靠性高。
2.Zigbee pro 技术及网络总体设计 ZigBee 是一种工作在900MHZ 和2.4GHZ 频段的无线网络技术，具有中等通讯距离、低功耗、低复杂度、低数据速率、低成本特性。
所以在当今无线通讯技术和无线网络技术领域，占用重要的一席之地。
随着zigbee 的逐渐发展，zigbee 升级版本协议zigbee pro 问世，“zigbee pro 最大程度地增强ZigBee 的所有能力，并促进易用性和对大型网络的先进支持”zigbee pro 突出特点是：将原有的树寻址改为随机寻址；提出了多对一路由新方式；可以分包传输长数据包；提供商业级的加密通讯，具有更高的安全性能等等。
基于ZigBee技术井下瓦斯无线监测系统的设计
46工业安全与环保2013年第39卷第6期I ndust r i al Saf e t y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on June2013基于Zi gB ee技术井下瓦斯无线监测系统的设计袁志强(宜春学院物理科学与工程技术学院江西宜春336000)摘要以，11公司的C C2530zi gse e芯片为核心单元，采用Z l r,B傥无线通信协议，设计了一种实用、安全、可靠的煤矿瓦斯无线监测系统。
设计具有移动性强、数据传输稳定和成本低等优点。
关键词Z i s B ee无线监测煤矿瓦斯D es i gn of M i l l e W i r e l es s Syst em f or G as M oni t or i ng B as ed on Zi gB ee Technol ogyY U A N Zhi qi a ns(D epart m ent of E l ect r oni cs and Info嘲of l rw hun U ni ve r si t y Ft dm n，Ji angxi336000)A b s t r act1he paper de si gns a us ef ul，sa f e a nd r el i abl e w i r el es s sys t em f or gas m oni t or i ng i n m i ne，t a ki ng ch i p C C2530Z i s B∞of T I C om pany as t he P o r e uni t a nd u萄ng t he w i r e l e88com m uni cat i on pr ot o col of Zi sB ee．T he de si gn ha s t he m er i t sof st r ong m ob i l i t y，r e l i ab l e t r ans m i s si on a nd l ow cos t．K e yW or ds Zi g B ee w i r el ess m oni t or i ng m i n e gas0引言许多大型煤矿的开采深度和规模不断扩大，有线监测系统成本高，施工周期长，受外界因素影响较大且不容易拓展，很难准确、实时、全面地监测瓦斯芯片设计了一种安全、实用、易扩展的井下瓦斯无线监测系统。
《2024年基于无线传感器网的矿井瓦斯监测系统的设计与研究》范文
《基于无线传感器网的矿井瓦斯监测系统的设计与研究》篇一一、引言矿井瓦斯是煤炭生产过程中潜在的重要危险源之一，有效的监测和管理对于确保煤矿安全生产具有重要意义。
然而，传统的有线传感器网络在矿井环境下存在着诸多问题，如安装布线困难、维护成本高、系统扩展性差等。
因此，本研究旨在设计并研究一种基于无线传感器网的矿井瓦斯监测系统，以提高煤矿的安全监测水平和系统运行效率。
二、系统设计（一）硬件设计1. 传感器节点：采用无线通信技术的瓦斯传感器节点，用于实时监测矿井内瓦斯的浓度和温度等参数。
传感器节点需具备体积小、低功耗、抗干扰能力强等特点。
2. 网关节点：负责收集传感器节点的数据，并通过无线方式将这些数据传输到主控中心。
网关节点需具有数据中继、数据融合等功能。
3. 主控中心：主控中心是整个系统的核心，负责接收、存储和分析网关节点传输的数据，实现对矿井瓦斯浓度的实时监控和预警。
（二）软件设计1. 通信协议：设计适用于无线传感器网络的通信协议，保证数据传输的实时性和可靠性。
通信协议需考虑数据包格式、通信方式、纠错机制等方面。
2. 数据处理与存储：对收集到的数据进行处理和分析，提取瓦斯浓度等关键参数，并实时存储和展示数据。
此外，系统应具备历史数据存储功能，方便后续分析和决策。
3. 用户界面：设计直观易用的用户界面，方便操作人员实时查看矿井瓦斯浓度、温度等参数，以及接收系统发出的预警信息。
三、系统实现（一）传感器节点的布置与优化根据矿井的实际环境和瓦斯分布情况，合理布置传感器节点，确保监测的全面性和准确性。
同时，通过优化传感器节点的布局和数量，降低系统成本和能耗。
（二）无线通信网络的构建与优化构建稳定的无线通信网络，实现传感器节点与网关节点之间的数据传输。
通过优化网络拓扑结构、信道分配和功率控制等手段，提高网络的稳定性和可靠性。
（三）主控中心的设计与实现主控中心采用高性能的计算机或服务器作为硬件平台，运行专门的监控软件实现数据的接收、存储和分析等功能。
《2024年基于无线传感器网的矿井瓦斯监测系统的设计与研究》范文
《基于无线传感器网的矿井瓦斯监测系统的设计与研究》篇一一、引言随着煤矿开采的深入发展，矿井安全已成为社会关注的焦点。
瓦斯作为矿井的主要安全隐患之一，其监测与预警显得尤为重要。
传统的矿井瓦斯监测系统多采用有线传输方式，但这种方式存在布线复杂、维护困难等问题。
因此，本研究提出了一种基于无线传感器网络的矿井瓦斯监测系统，旨在提高矿井安全监测的效率和准确性。
二、系统设计1. 整体架构设计本系统主要由无线传感器网络、数据传输网络、数据中心和监控终端四部分组成。
无线传感器网络负责实时监测矿井内的瓦斯浓度、温度、湿度等环境参数；数据传输网络将传感器数据传输至数据中心；数据中心对数据进行处理、分析和存储；监控终端则实现对矿井环境的实时监控和预警。
2. 无线传感器网络设计无线传感器网络是本系统的核心部分，采用ZigBee技术构建。
在矿井内布置多个传感器节点，每个节点负责监测一定范围内的环境参数，并通过无线方式将数据传输至协调器。
协调器负责将各节点数据汇总并传输至数据中心。
3. 数据中心设计数据中心采用云计算技术构建，具备强大的数据处理和分析能力。
数据中心对传感器数据进行分析和处理，实现瓦斯浓度的实时监测和预警。
同时，数据中心还具备数据存储功能，为后续的数据分析和研究提供支持。
三、关键技术及研究1. 无线传感器网络技术本系统采用ZigBee技术构建无线传感器网络，具有低功耗、低成本、组网灵活等优点。
通过优化网络拓扑结构、提高信道利用率等技术手段，提高网络的稳定性和可靠性。
2. 数据处理与分析技术数据中心采用先进的数据处理和分析技术，实现对传感器数据的实时监测和预警。
通过建立瓦斯浓度与环境参数之间的数学模型，实现瓦斯的精准预测和预警。
同时，数据中心还具备数据存储和挖掘功能，为后续的数据分析和研究提供支持。
3. 监控终端设计与实现监控终端采用人机交互界面，实现矿井环境的实时监控和预警。
通过图形化展示矿井环境参数、瓦斯浓度分布等信息，帮助管理人员直观地了解矿井安全状况。
基于Zigbee的瓦斯浓度监控系统设计
Ｉ ■
Ｃ ｏｉｅｄｃｌ Ｊ ｈ ｅ ｈｏＲ ｉｓｎａＴｎｇｅｗ ｎｃｃｎｅｏｙｖ ｅ
基于 Ｚｇ ｅ 的 瓦斯浓度监控 系统设计 ｉｂ ｅ
张 蔺 张 智 马
成都
松
６０ ６ ） １０ ５
（ 四川 大学 电气信 息学 院
［ 摘 要］ 通过 对 目前 较为 常见 的几 种无 线 通信 技 术进行 工 作频 率 、功耗 、传输 速率 和 网络 设 备连 接数 等方 面介 绍 与 比较 后， 根据井 下 瓦斯 采集 的功 能 需求 ， 出 了一 种基 于 Ｚ Ｂ ｅ 术的 煤矿 井下 瓦斯 采集 系统 ， 提 ｉ ｅ技 ｇ 来实现 井 下 瓦斯 信 息采集 。 ［ 键 词］ 关 瓦斯浓度 嵌入 式系 统 Ｚ ｇ ｅ ｉＢ ｅ 中图分 类号 ：Ｑ ３ １ Ｔ ３ ６ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ９９ ４ （００ ３— ３８ ０ １０— １Ｘ ２ １） ２０９ － ２
第 一章 瓦斯浓 度无 线采 集 系统 方案 分析 与设 计 １１ 系统 需求分 析 ． 煤 矿井 下是 一个特 殊 的工 作环 境， 易燃 、易 爆和腐 蚀性 气体， 线传输 有 无 衰耗 大等特 点 。所 以对于 地 面通信 技术 应 用于 井下 也有着 非 常严格 的要求 。 ｉ 、系 统 需求 分 析 为保 障煤矿 安全 生产 和职工 人身 安全， 止煤矿 事故 ， 防 国家制 定 了 《 煤矿 安全规程 》 。煤 矿 井 下 空 气 成 分 、环 境 温 度 等 环 境 参 数 必 须 满 足 规 程 要 求 。 国内对 瓦斯 的检测 以甲烷 检测 为主 ： 国外用 可燃 性气 体 的检测 代替单 而 甲烷 气 体 的 测 量 。 瓦斯是矿 井 中主要 由煤层 气构成 的以甲烷为主 的有害气 体， 时单独指 甲 有 烷 。 甲烷 （Ｈ ） 色、无 臭 、沸点 一 ６ ． ９ 对 空气 的 比重为 ０ ５ ４ Ｃ４ 无 １ １ ４ ℃， ． ５ 。甲 烷气体 与空气 的混合气 中， 甲烷 的爆炸 范围 （ｘ ｌｓｏ ａｇ） ．９Ｖ ｖ～ ｅｐｏ ｉｎｒｎｅ 是４９６ ／ ） （ １ ％ ｖ ｖ 。这 里， ／ （ 百分 比） ６ （／ ） ｖ ｖ 体积 是浓 度测量 单 位， 例如 ： 合气 中含有 １ 混 ％ （／ ） 甲烷意 味 着每一 百单 位体 积 的气体 中含 有～个 单位 体积 的 甲烷 。此 ｖｖ 的 外， 于气体 检测领 域 的单位 还有 百万分 比浓度 Ｐ Ｍ Ｐ ｒ ｓ Ｐ ｒ Ｍ １ ｉｎ 。 用 Ｐ （ａ ｔ ｅ ｉ ｌｏ ） 煤 矿井下工 作场合要 使 甲烷浓 度保 持在安全 限值以下， 建立 相应 的瓦斯检 查制 度， 甲烷浓度 达 到 ２ ％时， 作人 员应 迅速撤 离 现场 。所 以在救 援过程 中 工 需要 实 时检测 瓦斯 浓度 的变 化， 防止瓦 斯 的二次 爆炸 。 甲烷气 体 的燃 点和 混 和气 体 的爆炸 范 围见 表 ２ １ ．。 表 ２ １甲烷气 体的燃 点和 混和 气体 的爆炸 范 围 （ ． 在一个 大气 压下）
基于ZigBee技术的矿井工作面移动式瓦斯监测
基于ZigBee技术的矿井工作面移动式瓦斯监测
1 引言矿井瓦斯主要是在开采过程中溢出的，因此矿井工作面瓦斯含量最大，由于工作面工作条件十分恶劣，至今没有设置瓦斯监测装置。
只是在回风巷设置了固定式瓦斯探头。
本文利用无线传输最新ZigBee 技术研制出用于矿井人员携带或机载的移动式瓦斯传感器，将工作面的瓦斯值传输到工作面端头的瓦斯监控系统中，从而实现瓦斯源头的实时监测。
本系统由移动式瓦斯传感器与矿井瓦斯监控分站以及地面中心组成，其设计遵循煤矿安全生产规程的有关规定执行。
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、2.4 GHz 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2.4 GHz 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。
基于Zigbee技术的煤矿瓦斯监测系统设计方案
基于Zigbee技术的煤矿瓦斯监测系统设计方案第1章引言1.1课题研究背景及意义煤矿安全生产这个老问题，如何在开采煤炭、持续供应稀缺能源的同时，保证宝贵的生命不受矿难的吞噬是我们不得不面临的共同课题？煤炭产业，作为我国能源工业的支柱，其地位将是长期的、稳定的，但是煤炭工业的安全生产状况却不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是居重大事故发生率之首。
在去年又接连发生了多起甲烷爆炸事故，事故的结果触目惊心，因此通过强化甲烷管理，提高通风甲烷检测监控水平，已成为中小型煤矿甲烷检测监控的最迫切的任务之一。
随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，因此对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。
据《中国煤炭报》统计，全国共有大小煤矿60000多个，从业矿工800多万。
【2】根据煤矿三班作业的实际情况，目前至少需要300万个瓦斯报警器，可见其市场非常广阔。
但由于某些技术上的不足，导致一些关键问题至今没有能够解决。
由于瓦斯气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此瓦斯气体的检测和报警是一项非常必要的工作。
国外的监控系统技术水平理论上讲高于国内发展水平，但应用于国内煤矿尚有一定的局限性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高不适于国内煤矿现有条件，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定参考价值。
80年代初，世界各产煤国检测装置的缺点是：1）测量范围小2）易受高浓度瓦斯和硫化物的中毒以及存在零点漂移和灵敏度漂移问题，存在检测不准确及井下校准困难等弊端（每7天校准一次）。
由于检测装置向更迅速更快捷发展，方便携带等要求发展。
传统的机械检测仪一般灵敏度和准确度也比较低或者检测方法难，同时单片机既有通用计算机的基本部件，又不同于计算机。
基于CAN总线和ZigBee的矿井瓦斯监测系统设计
７３ ２
再将 信 息传 输 给 对 应 的 Ｃ Ｎ 节 点 ， 后 Ｃ Ｎ 节 Ａ 然 Ａ 点将 信 息传 给 系统 监 控 中心 ， 个 报 警 系 统 可 以 整 进 行数 据 的 双 向通 信 ， 好 地 完 成 信 息 的 控 制 。 更
Ｃ Ｎ 和 Ｚｇ ｅ Ａ ｉ ｅ系 统 组 网架 构 如 图 ２所 示 。 Ｂ
斯 传感 器设备 采 用 有 线方 式 进 行 信号 的传输 ， 其 线 路复 杂 ， 而且 对 于线路 的依赖 性较 强 ， 安装 和维
护设 备 的成本 比较高 ， 受井 下作业 环境影 响 较大 ，
信 号传输 的可 靠 性 和抗 干 扰 性 能低 ， 增 加 了后 且 期维 护 的难 度 ， 并且 当矿难 发生 以后 ， 备和 电缆 设
Ｃ Ｎ节点 程 序 的 初 始 化 对 于 系 统 正 常 工作 Ａ
是 相 当 重 要 的 。 初 始 化 程 序 是 通 过 Ｃ Ｎ 控 制 器 Ａ 控 制 段 中 的 寄 存 器 写 入 控 制 字 ， 而 确 定 Ｃ Ｎ控 从 Ａ 制 器 的工作 方 式 。其 主要 包 括 工 作 方式 的设 置 、 时 钟 输 出 寄 存 器 的 设 置 、 收 屏 蔽 寄 存 器 和 接 收 接 代 码 寄 存 器 的 设 置 、 线 定 时 器 的 设 置 、 出 控 制 总 输 寄 存 器 的设 置 和 中 断 允 许 寄 存 器 的 设 置 。 Ｃ Ｎ Ａ
Ｒ１ ７
缀
Ｊ Ｃ
Ｐ １Ｏ Ｐ１ １
Ｖ． Ｖｃ ｃ
Ｃ－
ＰＯ ０
Ｐ１２
Ｐ １３
Ｐ０１
ＰＯ ２
Ｐ１４
Ｐ １５
Ｐ １６ Ｐ １７
Ｐ０ ３
基于ZigBee技术的矿井瓦斯监测系统设计
栈 可方便的进行移植，缩短开发周期 。因此本 系统 就选 取 Ｔ Ｉ 公司 的 Ｃ Ｃ ２ ４ ３ ０作 为 节 点 硬 件 的射频芯片。
境信息提供 了方便 ，该系统还具有保护和处 理 监测数据 的功能 ，工作人员还可 以随 时查询过 去某时刻井下 的环境状况 。由上位监测软件框 图可 知 ，能 够 实 现 的 功 能 进 行 了直 观 的描 述 。 上位机监测软件系统主要能够实现七大功 能： 系 统 用 户 登 录 和 管 理 用 户 的功 能 、主 操 作 界 面 显 示 功 能 、管 理 监 测 对 象 的功 能 、实 时监 测 数 据 的功能 、查询和保存数据 的功能 、数据 图形 化处理的功能、按某种格式导出数据的功能 。
Ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ Ｗｏ ｒ ｌ ｄ● 网络天地
基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 技术 的矿井 瓦斯监测 系统设计
文／ 董 春 阳
点驱动 程序主 要包括 建立 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ网 络 驱 动 程 序 、 允 许 监 测 节 点 加 入 网 络 驱 动 程 序 、接 收 数 据 驱 动 程 序 、 串 口通 信 驱 动 程 序 。 ３ ． ３ 接 收 节 点接 收 数据 驱 动程 序 接 收 节 点 的 主 要 任 务 是 用 于 建 立 Ｚｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 网络、允许终端节 点加入 网络、绑定发送节 点、 接收发送节点传来的传感器采集到 的数据 ，然 后 通 过 串 口传 送 给 Ｐ Ｃ机并显示出来。
５ 小结
矿 井 下 瓦 斯 监 测 是 对 煤 矿 安 全 性 能 重 点 的监测对 象之 一，这 中间涉 及智能传感器数据 采集技术 、数据 分析 处理技术、数据 融合技术 和 数据 传 输技 术 等众 多 技术 问 题 。 目前 我 国 煤
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位、功耗管理、任务管遴等， ＭｓＰ４３０Ｆ１４９处理器自身具有Ａ／Ｄ功
进行无线通信，交换控镄消患和收发采 集数据，提供ＳＰＩ接口与ＭｓＰ４３０Ｆ１４９
②ｅＣ２４２０收发模块 ＣＣ２４２０是Ｃｈｉｐｃｏｎ公司推出的首
麓，麸传感器缛到的模拟售号可以直接 遵售，磊醚Ｓｐ４３０Ｆ１４９翼《连接键盘、显 款符合２．４ＧＨｚ ｌ嚣ＥＥ ８０２。１５．４标准的
穗谂
本系统的设计结合现阶段煤矿安全
生产现状及ｚｉ９８ｅｅ技术懿发溪瑗姨，应
用低功耗微处理器ＭｓＰ４３０Ｆ１４９，结合
相应外围电路设计ｚ堙Ｂｅｅ节点，能够采
集温度、温度和既斯试验数据，并能遗
过ＺｉｇＢｅｅ基站节点传到上位机。ｚ远Ｂｅｅ
技术佟为一耪短距离、低复杂囊、低功
耗、低数据速率、低成本的无线网络技
点决定ＺｉｇＢｅｅ技术非常适合应用在无 集系统。本系统主要包括ＺｉｇＢｅｅ节点和 中传感器模块采用瓦斯传感器和温湿度
线传感器网络中。与现有的各种无线通 ｚｉｇＢｅｅ基站节点，整体系统结构见图１， 传感器；ＭｓＰ４３０Ｆ１４９模块负责控制整
信技术相比，ＺｉｇＢｅｅ技术在功耗和成本 上相对较低，有很大的优势。本文研究 设计的煤矿瓦斯无线监测系统就是基于 ＺｉｇＢｅｅ技术的无线传感器网络，用于实 时监测矿井空气中的瓦斯浓度，实现系 统的可靠性、便于安装性、低成本、节
决子晶体的频率及输入容抗等参数。 ＣＣ２４２０收发模块的外围电路如图３所
漱湿度传感器芯片。该芯片广泛应用予 暖通空调、汽车、消费电子、自动控制
传感器电源的供电电路设计对传感 器模块的能量消耗来说非常嫩要。对于
示。 ③存储模块 存储模块采用意法半导体公司的
等领域。ｓ｝｛善ｌ ｌ温湿度传感器采矮Ｓ鞭Ｄ （ＬＣｃ）表面贴片封装形式，接口非常简 蕈，如图５所示。
公司的ＳｍａｒｔＲＦ０３技术，以Ｏ．１８“ｍ ｅＭＯＳ王艺桶我，灵需极少羚都元器
年，耐擦写能力不低于１００万次擦写循 环，工｛乍湿发范匿一鹩℃～＋８５℃。存储
响应时间≤２０ｓ，恢复时间≤３０ｓ，工作 溢发范围一１５℃～＋５０℃，滠度≤９７％
件，性能稳定且功耗极低。ＣＣ２４２０的 选择性程敏感性｝塞数超过了ＩＥＥ嚣８０２。
主要好处是每个节点的范围都成倍地扩 大了，没有最大通信距离的限制，因为 它所有的节点都被用作中继器或路由 器。在图１中，节点Ａ通过以下路径传 送信号到Ｚ远Ｂｅｅ基站节点：Ａ—Ｂ—
ｚｉｇＢｅｅ基站节点，另一替代路径为：Ａ
引言
能和实际可行性，从而给煤矿生产工作 —Ｅ—Ｆ—ｚ培Ｂｅｅ基站节点，也还有其
随着计算机和无线通信技术的发 的顺利进行提供一定的保障，为矿井的 他几种冗余的路径。
图７ ｚｉｇＢｅｅ基站原理嘲框图
濑萨嚣鞯嚣线魏测系镳紫耩 一般煤矿矿井的长魔在ｌ ｏｋｍ以…匕，
镶毒设｝ＯＯ个滚上ｚ遮８∞节点，这魏节 点是由电池供电的，执行组网、感知、采 样和初步的数据处理任务，要求各节点 可以相互通信并具有很强的协同麓力， 通过转发节点间的信息，节点间构成多 跳酶逮信灏终。本项目没诗醵网终荣耀 ＭＥＳＨ网状网络结构，保证数据传输的 可靠性，并在一个区域设鼹一个ｚｉｇＢｅｅ 蕊链节点（黼络终端），邋过ｚｉｇＢｅｅ蕊站 节点将数据通过网络上传到控制中心。
（，扛接第８｛疆）
器，ｓＴＲ７ｌＯＦＺ２Ｔ６是基于ＡＲＭ７指令 集的ＡＲＭ处理器，片内有２５６ＫＢ的 Ｆｌ鑫幽葙６霹ＫＢ的ｓＲＡ簸，恧显该处理器 集成了许多外设接口，包括ＵＳＢ２．Ｏ接 口和以太网接口。Ｚ豫Ｂｅｅ基站节点的设 计框图翔强７所示。
隔露器灏曩瑟润曝曝匿琴溺 Ｌ‘－－■■ｏｏｌＺ划““““—“—‘一
５．Ｇｏｏ刖ｅ Ａ胎ｓ高级版
。
豇惠普ＨＰ ｃ∞ｏ。刀片服务器
７。吾元笔｛琶本篷蓥
８．甲骨文数据库１ １ ｇ
ｇ．ＲＩＭ ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ ８８２０智能手机
｛ｏ，丁一渤ｂ阳Ｈｏ≮ｓｐ醴＠ｌ。ｍ８移动与ｗｌ—Ｆｉ融合缀务
万方数据
今网电子·２００８罐１月
＿
２５０Ｋｂ／ｓ，可以实现多点对多点的快速 器模块采用瓦斯传感器和温湿度传感
组网。它的外围电路包摇晶振时钟电， 器。
感器敏感组件的电阻Ｒ。的燮化表现为 负载电阻Ｒ。上的电压变化。驱动电压 ＶＨ、负载电阻ＲＬ以及检测电压Ｖ。的取 值参照公司提供的典型资料，以使传感 器处予最佳工ｌ乍状态。
路、射频输入／输出阪配电路和微控制 器接口电路三个部分。芯片本振信号既 可壶羚部餐源鑫露掇侯，氇可耄内部电
器翦脊强大的处理能力和丰富的片内外 设；带ＦＬＡｓＨ存储器的单片机还可以
方便高效逢进行在线仿粪和编程。 ＭＳＰ４３０Ｆ１４９是ＭｓＰ４３０ＸｌＸＸ系列中
功麓最强的单片撬，瑟旦鹾Ｓｐ４３０Ｆ１４９
个节点的处理操作、路由协议、同步定
耗低Ｃｃ２４２０收发模块负责与其他节点
的运行环境温度范围为一４０℃～＋８５℃， 可以适应各种恶劣的环境。
其中ｚｉｇＢｅｅ基站节点主要用
日一囝一圈＼ 于组合从各个传感器节点得
到的数据以及负责与外界的 通信，该节点基于嵌入式系 统。本系统采用部分网状
匪一目一习 瑟ｉ一莺｜ 譬 ，ｊＩ堕＝＿【 ◇◇书
（Ｐａｒｔｉａｌ Ｍｅｓｈ）拓扑结构，其 图１系统结构图
万方数据
今日电子·２００８年１月
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｜ 应用设计：通信
存储模块负责存储采集到的数据；电源 管理模块提供能慧，选通所埔戮的传感
器，由两节１．５Ｖ碱性电池组成。
①凝ＳＰ４３０Ｆ１４９模块 ＭＳＰ４３０Ｆ１４９模块，即ＭＣＵ模块，
采用ＴＩ公司的ＭＳＰ４３０Ｆ１４９，如图２所 示。下ｌ公司的ＭＳＰ４３０系歹｜ｊ雅片杌是一
种越低功耗的混合信号控制器，能够在
诋瞧逶下毅超诋功耗装态工绍｛其控铡
有限公司生产的ＫＧｓ一２０低功耗瓦斯传 感器，如图６掰示。ＫＧＳ一２０竣二氧化 锡为基本敏感材料，专门用于可燃气浓 度检测的一种半导体型气体传感器。它 的基本特征是：极高灵敏度和极快的响
的电池一般不易更换，所以选择电池非 常耋要，ＤｃＤＣ模块的效率恣至关耋 要。本设计采用２节５号ＡＡ电池供电。
２ Ｚ远Ｂｅｅ基站节点设计 ＺｉｇＢｅｅ基站节点主要幽ＡＲＭ模
应用设计：通信
基于Ｚｉｇ Ｂｅｅ的瓦斯无线监测系统 硬件设计
中北大学教育部仪器科学与动态测试重点实验室吴呈瑜孙运强
本文提出７一种基于ｚｉｇＢｅｅ的煤矿瓦斯无线监测系统的设 计方案．系统主要包括ｚｉｇＢｅｅ节点和ｚｉｇＢｅｅ基站节点。利用Ｔｌ 公司的ＭＳＰ４３０Ｆ１ ４９和ＣＣ２４２０架构ｚｉｇＢｅｅ节点．ＳＴ公司的嵌 入式ＡＲＭ７芯片ＳＴＲ７１０ＦＺ２Ｔ６和ＣＣ２４２０架构ｚｉｇＢｅｅ基站节点。 该方案具有低功耗．低成本的特点
展，计算机、无线通信技术已经开始应 防灾、减灾以及提高生产效率方面发挥
１ ＺｉｇＢｅｅ节点设计
用于矿井安全和生产监测，广泛涉及到 一定的作用。
ｚｉｇＢｅｅ节点的主要功能是采集瓦斯
计算机应用技术、无线通信技术、传感 器技术、信息传输技术、电气防爆技术、
煤矿瓦斯无线监测系统整体设计
浓度数据，并将数据发送给各个ＺｉｇＢｅｅ 节点组的基站。ＺｉｇＢｅｅ节点主要由传感
应用化学技个自给供电的ｚｉｇＢｅｅ 器模块、ＭＳＰ４３０Ｆ１４９模块、ＣＣ２４２０收
嵌入式技术等多种技术。ｚｉｇＢｅｅ是一种 节点组成的，每个ＺｉｇＢｅｅ节点都可以进 发模块、存储模块和电源管理模块五部
近距离、低复杂度、低功耗、低数据速 行周围环境数据的采集、简单计算以及 分组成，包括电源模块指示灯／开关、传
送到ＭＳＰ４３０Ｆ１４９进行模数转换，且功 示等人机交厦界面、传感器、控制器等； 射频收发器。该器件是第一款适用于
图３ ｃｃ２４２０收发模块
＿ 万方数据 ’夸嚣耄子。２００８年｛莠
应用设计：通信
ｚｉｇｂｅｅ产品的ＲＦ器件。它基于Ｃｈｉｐｃｏｎ 霹操作低于５ｍｓ。数据保存能力超过４０ 应用电路简单，报警浓度为甲烷≥１％，
温湿度传感器采用ＳＨＴｘｘ系列，该 系列支持低功耗模式，采集完数据后自 动转入傣我模式，电流，ｌ、予ｌ鼙Ａ。本
路提供。由内部电路提供时需外加晶体 振荡器翱躅个负载电容，电容的大小取
设计采用ＳＨＴｌ １温湿度传感器，ｓＨＴｌ １ 是瑞±ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ公司接浅的一款数字
＿
？
图６ ｌ（Ｇｓ一２０低功糕瓦斯传感嚣
《下转簿霪５受）
万方数据
今日电子·２００８年１月
霾
藏溺设计：透德
组成。行和列单音正弦波经混合、滤波
最后，一个电话号码拨完后不能立
后产生双膏频信号。通过ＤＴＭＦ编解码 表把编鹃数据写入ＭＴ８８８０发送寄存器 产生单独的ｆ。。ｗ和ｆＨＩＧＨ，一旦编码错误 就会导数拨号失败。敬在编程避瑕中要
即拨下一个电话号码，廒保证挂机的最 短有效爵闻以确保蓠一泡话号码确实已 接机，否则拨下一个电话号码时会没有 拨号音。
小电流工｛乍薛黄感器（咒吾＃Ａ），可赉 处理器Ｉ／０口直接驱动；当不用该传感 器时，将Ｉ／Ｏ口设置为输入方式。这样
ｌＭｂ串行ＥＥＰＲＯＭ芯片Ｍ２４ＭＯｌ， Ｍ２４Ｍ０１采用微型Ｓ０８Ｎ封装，封裴外壳
宽度仅为１５０巍鹱３，８撩擞），蠹置１２ｅ双线 串口，是保存参数经常被修改的海量数 据的理想选择，存储寮度从ｌＫｂ～ｌＭｂ。 Ｍ２４Ｍ０１支持１００ｋ｝｛ｚ和４００ｋ｝｛ｚ时钟频
模块如图４所示。 ④传感爨模块
ＲＨ，静态功耗为１５０ｍＷ，报警状态功 耗为３００ｍｗ，供电电压为３～５ＶＤＣ。传
１ ５．４标准的要求，可确保短距离通信的
传感器肖很多种类，可以检测温湿
有效性和可靠性。利用此芯片开发的无 度、光照、噪声、振动、磁场、加速度、
线逶信设备支持数据传输零高达 气俸浓度等物理量。本系统采矮静传感
术，将随着技术的进一步发展，成为实
现无线监灞系统缀瑾憨的应翔方案稻发