專利名稱：一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的井下監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于煤礦井下安全監(jiān)測技術(shù)領域，具體涉及一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié) 點的井下監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤炭作為我國的基本能源和重要原料，在國民經(jīng)濟中占有極其重要的戰(zhàn)略地位。 在我國的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占我國一次性能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中的70%左右，預計到2050 年仍將占50%以上。因此，在相當長的時期內(nèi)煤炭仍將是我國的主要能源，以煤炭為主的能 源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)將難以改變。近來，隨著對煤炭需求量的增大，我國煤礦事故又有攀升趨勢，煤礦安全狀況令人 擔憂。我國煤礦安全信息技術(shù)的網(wǎng)絡化程度不高，井下安全信息不能及時傳送到井上安全 生產(chǎn)控制中心，是導致煤礦事故頻發(fā)的重要原因之一。我國現(xiàn)有的煤礦安全信息系統(tǒng)大多 是通過有線網(wǎng)絡建立的，隨著煤礦開采的日益變化，煤礦井下的物理結(jié)構(gòu)日新月異地改變 著，原先設計好的有線網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)很難做到完全的監(jiān)控覆蓋，重新建立新的有線網(wǎng)絡系 統(tǒng)，在成本上、人力上、擴展性等方面都不符合實際情況的發(fā)展。因此，建立一套靈活、可靠、 擴展性強的煤礦安全無線監(jiān)控網(wǎng)絡迫在眉睫。隨著傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、通信技術(shù)和半導體與微機電系統(tǒng)制造技術(shù)的 飛速發(fā)展，具有感知、計算存儲和通信能力的微型傳感器在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和宇航各個領 域開始出現(xiàn)。無線網(wǎng)絡傳感器是集傳感器執(zhí)行器、控制器和通信裝置于一體；集傳感與驅(qū)動 控制能力、計算能力、通信能力于一身的資源(計算、存儲和能源)受限的嵌入式設備。由 這些微型傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種 監(jiān)測對象信息，并對這些信息進行處理，傳送給需要這些信息的用戶。傳感器網(wǎng)絡在軍事偵 察、環(huán)境信息、檢測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康監(jiān)護、建筑與家居、工業(yè)生產(chǎn)控制以及商業(yè)等領域 有著廣闊的應用前景。藍牙技術(shù)是無線通訊的一種，在藍牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍牙技術(shù)盡管 有許多優(yōu)點，但仍存在許多缺陷。對工業(yè)，家庭自動化控制和工業(yè)遙測遙控領域而言，藍牙 技術(shù)顯得太復雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動化，對無線數(shù)據(jù)通信的需求 越來越強烈，而且，對于工業(yè)現(xiàn)場，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場 的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過人們長期努力，Zigbee協(xié)議在2003年正式問世。Zigbee是 IEEE 802. 15. 4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信 技術(shù)。另外，Zigbee使用了在它之前所研究過的面向家庭網(wǎng)絡的通信協(xié)議Home RF Lite。目前，我國礦區(qū)監(jiān)控技術(shù)也從人工監(jiān)控發(fā)展到了自動監(jiān)控與監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)從環(huán) 境安全監(jiān)控發(fā)展到了工況監(jiān)控和生產(chǎn)監(jiān)控，并逐步形成了礦區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡，為礦區(qū)生產(chǎn)和管 理的現(xiàn)代化提供了良好的條件。國外六、七十年代發(fā)展起來的煤礦監(jiān)控技術(shù)，近年來在我國 有了飛速的發(fā)展，各種煤礦監(jiān)控系統(tǒng)及其配套產(chǎn)品應運而生。大連礦山安全科學技術(shù)研究院的井下人員定位跟蹤管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集自動控制技術(shù)、射頻識別技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)等，多學科綜合應用為一體的自動識別信息系統(tǒng)。該 系統(tǒng)是通過對坑道遠距離移動目標進行非接觸式信息采集處理，實現(xiàn)對人車物在不同狀態(tài) 移動、靜止下的自動識別，從而實現(xiàn)目標的自動化管理。中科院計算技術(shù)研究所研發(fā)了井下傳感網(wǎng)絡技術(shù)型煤礦無線綜合監(jiān)控系統(tǒng)，該系 統(tǒng)利用了無線傳感器網(wǎng)絡特有的自組織、數(shù)據(jù)式多跳路由、低成本等特點?；谏鲜?，目前，我國煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)大多采用設備監(jiān)控和人工監(jiān)控相結(jié) 合的方法，此類安全監(jiān)控系統(tǒng)在系統(tǒng)成本、可靠性和人員安全方面有很大的不足之處。首先，基于有線網(wǎng)絡的安全監(jiān)控系統(tǒng)由于需要建設有線傳輸系統(tǒng)，因此在很大程 度上限制了網(wǎng)絡規(guī)模的擴大。隨著開采面的不斷向前推進，開采計劃隨井下煤炭的分布情 況而變化，基于有線網(wǎng)絡的安全監(jiān)控系統(tǒng)的擴展跟不上開采的實際要求，使得網(wǎng)絡的數(shù)據(jù) 可靠性和實時性得不到保證，難以確保重要的安全數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和井下儀表的檢測數(shù)據(jù) 及時的傳輸。這就成為煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用有線網(wǎng)絡為傳輸介質(zhì)的最大不足。其次，人工監(jiān)控的方案是憑借專門人員豐富的實際經(jīng)驗對危險情況的發(fā)生進行預 測。由于該類專門人員數(shù)量有限，同時考慮到監(jiān)察員對各個區(qū)域檢查的隨機性，導致不可能 覆蓋井下所有區(qū)域。而且，瓦斯在空氣中含量高時可降低氧含量，引起窒息，親自到達信息 采集點采集瓦斯信息，還存在采集人員的人身安全問題。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)上存在的不足，本實用新型目的是在于提供一種 通過無線傳感器網(wǎng)絡通信方式，網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，網(wǎng)絡具有自組織和自調(diào)整特性的 基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，包括采用Internet網(wǎng) 絡發(fā)布相關信息的地面安全監(jiān)控系統(tǒng)、信息管理網(wǎng)絡、采集井下環(huán)境參數(shù)和人員信息數(shù)據(jù) 的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡和連接地面安全監(jiān)控系統(tǒng)和井下ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的CAN 網(wǎng)絡，所述地面安全監(jiān)控系統(tǒng)對井下的各種數(shù)據(jù)進行收集、分析，并依此井下安全狀況的 判斷、應對措施的決策和預警信息的發(fā)布，其將需要向井下發(fā)布的信息通過CAN網(wǎng)絡發(fā)往 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡。進一步的，所述ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡包括采集井下環(huán)境參數(shù)和人員信息數(shù)據(jù) 的便攜式移動結(jié)點，接收移動結(jié)點發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)以及自身采集的數(shù)據(jù)的礦井巷道固定結(jié) 點和通過CAN網(wǎng)絡連接地面安全監(jiān)控系統(tǒng)的ZigBee-CAN網(wǎng)關；所述礦井巷道固定結(jié)點將移 動結(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)以及自身采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee傳送ZigBee-CAN網(wǎng)關，網(wǎng)關將這些數(shù) 據(jù)通過有線的現(xiàn)場總線(CAN)網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到地面安全監(jiān)控系統(tǒng)。進一步的，所述礦井巷道固定結(jié)點為ZigBee網(wǎng)絡路由器，所述的便攜式移動結(jié)點 為ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，所述ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點包括ZigBee收發(fā)器、電源管理單元、溫濕度傳感 器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、報警裝置和功率放大電路；所述電源管理單元、溫濕度傳感器、瓦斯?jié)?度傳感器、報警裝置和功率放大電路均與ZigBee收發(fā)器通過電路相連接。進一步的，所述ZigBee收發(fā)器還連接有用于對節(jié)點的某些工作參數(shù)進行設置，對 節(jié)點的工作狀況和環(huán)境參數(shù)進行查看的人機接口，用于對節(jié)點的某些工作參數(shù)進行設置，對節(jié)點的工作狀況和環(huán)境參數(shù)進行查看等。進一步的，所述人機接口包括用于對節(jié)點的某些工作參數(shù)進行設置的按鍵和對節(jié) 點的工作狀況和環(huán)境參數(shù)進行查看的顯示器。進一步的，所述的ZigBee收發(fā)器采用的是CC2530微處理器，功耗低、安全可靠。本實用新型礦井巷道固定結(jié)點將便攜式移動結(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)以及自身采集的數(shù) 據(jù)通過ZigBee傳送ZigBee-CAN網(wǎng)關，網(wǎng)關將這些數(shù)據(jù)通過有線的現(xiàn)場總線(CAN)網(wǎng)絡轉(zhuǎn) 發(fā)到地面安全監(jiān)控系統(tǒng)，地面安全監(jiān)控系統(tǒng)采用Internet網(wǎng)絡發(fā)布相關信息。安全監(jiān)控中 心對井下的各種數(shù)據(jù)進行收集、分析，并依此井下安全狀況的判斷、應對措施的決策和預警 信息的發(fā)布，其將需要向井下發(fā)布的信息通過CAN網(wǎng)絡發(fā)往ZigBee-CAN網(wǎng)關，ZigBee-CAN 網(wǎng)關再將該信息通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)往指定的便攜式移動節(jié)點，或進行全網(wǎng)廣播。本實用新型從根本上解決現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷；其采用最新的無線傳感器網(wǎng) 絡技術(shù)即ZigBee，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡相比，它是一種以數(shù)據(jù)為中心的自組織無線網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中的 結(jié)點密集，數(shù)量巨大且部署在十分廣泛的區(qū)域；網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，網(wǎng)絡具有自組織和 自調(diào)整特性；本實用新型兼容現(xiàn)行煤礦安全系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的功能，具有很好的靈活性， 可擴展性，自組織網(wǎng)絡的能力，并且具有成本低、體積小、功耗低、安全可靠等優(yōu)點，主要用 于煤礦井下的溫度、濕度、瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)據(jù)的實時監(jiān)測、傳輸和處理；對出現(xiàn)的瓦斯事故進 行預警和安全監(jiān)控支持；將井下環(huán)境參數(shù)和井下作業(yè)人員信息等數(shù)據(jù)在電子地圖上進行實 時顯示；允許媒體和公眾遠程訪問和查詢有關信息。

圖1為本實用新型的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的模塊框圖；圖3為本實用新型的CC2530典型應用電路；圖4為本實用新型射頻功率放大電路圖；圖5為本實用新型SHTll內(nèi)部功能框圖；圖6為本實用新型SHTll與主機的連接電路圖；圖7為本實用新型瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞴ぷ髟硎疽鈭D。
具體實施方式
為使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面 結(jié)合具體實施方式
，進一步闡述本實用新型。參見圖1，本實用新型針對目前各種煤礦安全產(chǎn)品的多樣性，以及煤礦開采過程中 井下空間的多變性，而提供一種兼容現(xiàn)行煤礦安全系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的功能，具有很好的 靈活性，可擴展性，自組織網(wǎng)絡能力的基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)，其包括采用 Internet網(wǎng)絡發(fā)布相關信息的地面安全監(jiān)控系統(tǒng)、信息管理網(wǎng)絡、設置在井下，并采集井 下環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)據(jù)和井下人員信息數(shù)據(jù)的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡 和連接地面安全監(jiān)控系統(tǒng)和井下ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的CAN網(wǎng)絡。該ZigBee無線傳 感器網(wǎng)絡將采集的環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)據(jù)和井下人員信息數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場 總線(CAN)網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到地面安全監(jiān)控系統(tǒng)，該地面安全監(jiān)控系統(tǒng)對井下的各種數(shù)據(jù)進行收集、分析，并依此井下安全狀況的判斷、應對措施的決策和預警信息的發(fā)布，其將需要向井 下發(fā)布的信息再通過CAN網(wǎng)絡發(fā)往ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡，再通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)往指定 的ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，或進行全網(wǎng)廣播。值得一提的是，本實用新型主要負責從礦井入口處延伸到工作面的區(qū)域，該井下 監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)采用ZigBee，每個礦井可以是視為一個ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡，主要由三部 分組成(1)礦井巷道固定結(jié)點組成無線傳感器網(wǎng)絡的主要結(jié)點，同時可充當ZigBee網(wǎng)絡 的路由器，以無線傳感器網(wǎng)絡無線多跳傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)；(2)便攜式移動結(jié)點井下工作 人員隨身攜帶的結(jié)點，也是每個人員的身份標記，用于采集井下環(huán)境參數(shù)和人員信息數(shù)據(jù)； (3) ZigBee-CAN網(wǎng)關井下無線網(wǎng)絡與地面有線網(wǎng)絡的連接轉(zhuǎn)換設備，同時也是ZigBee網(wǎng) 絡的協(xié)調(diào)器，即是井下無線網(wǎng)絡的組織者和管理者。礦井巷道固定結(jié)點將移動結(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)以及自身采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee傳送 ZigBee-CAN網(wǎng)關，該ZigBee-CAN網(wǎng)關將這些數(shù)據(jù)通過有線的現(xiàn)場總線(CAN)網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到地 面安全監(jiān)控系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)對井下的各種數(shù)據(jù)進行收集、分析，并依此井下安全狀況的 判斷、應對措施的決策和預警信息的發(fā)布，其將需要向井下發(fā)布的信息通過CAN網(wǎng)絡發(fā)往 ZigBee-CAN網(wǎng)關，ZigBee-CAN網(wǎng)關再將該信息通過ZigBee網(wǎng)絡發(fā)往指定的節(jié)點，或進行全 網(wǎng)廣播。本實施例中，參見圖2，便攜式移動結(jié)點為ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，是煤礦井下安全監(jiān)控 系統(tǒng)中的關鍵部分，并是井下環(huán)境參數(shù)和人員信息數(shù)據(jù)的來源。該ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點主要由 ZigBee收發(fā)器、電源管理單元、溫濕度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌缶b置、人機接口和功率 放大電路組成；其各部分功能如下UZigBee收發(fā)器；ZigBee終端節(jié)點的功能是各種傳感器配合組成智能傳感器，進 行溫濕度、瓦斯?jié)舛?、人員定位等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集及分析等功能，其功能相對簡單，但是需 求量大，因此要充分考慮到系統(tǒng)成本的問題?；谝陨闲枨?，本系統(tǒng)中ZigBee收發(fā)器采用 CC2530微處理器作為ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點的主處理器。CC2530 是為 2. 4GHz IEEE 802. 15. 4 和 ZigBee 應用提供的片上系統(tǒng)(SoC, System on Chip)解決方案，它集成了一個高性能2. 4GHz DSSS (直接序列擴頻)射頻收發(fā)器核心 和一個工業(yè)級的高效8051控制器，能滿足以ZigBee為基礎的2. 4GHz ISM波段應用對低成 本，低功耗的要求。參見圖3，該CC2530微處理器含有CC2530芯片延用了現(xiàn)有CC2430芯片的架構(gòu)，在 單個芯片上整合了 ZigBee射頻前端、程序存儲器、數(shù)據(jù)內(nèi)存和微控制器核心。它使用1個 8位MCU (8051)，具有256KB可編程閃存和8KB的RAM，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、幾個 定時器(Timer)、AES128協(xié)同處理器、看門狗定時器(Watchdog timer),32kHz晶振的休眠 模式定時器、上電復位電路(Power OnReset)、掉電檢測電路(Brown out detection)，以及 21個可編程1/0引腳。CC2530芯片采用0. 18ym CMOS工藝生產(chǎn)，在接收和發(fā)射模式下，電 流損耗分別低于27mA和25mA。CC2530的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間的特性， 特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。CC2530芯片的主要特點如下 高性能和低功耗的8051微控制器核 集成符合IEEE802. 15. 4標準的2. 4GHz的RF無線收發(fā)器 優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性[0040] 在休眠模式時僅0. 9 μ A的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少于0. 6 μ A的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng) 硬件支持CSMA/CA功能 較寬的電壓范圍(2. 0 3. 6V) 數(shù)字化的接收信號強度指示(RSSI/LQI)支持和強大的DMA功能 具有電池監(jiān)測和溫度感測功能 集成了 14位模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC 集成AES安全協(xié)處理器 帶有2個強大的支持幾組協(xié)議的USART，以及1個符合IEEE 802. 15. 4規(guī)范的 MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器 強大和靈活的開發(fā)工具CC2530芯片只需要很少的外圍部件配合就能實現(xiàn)信號的收發(fā)功能，其典型應用電 路如圖3所示。2、射頻功能放大電路；煤礦井下環(huán)境惡劣，尤其是電磁環(huán)境復雜，會影響到無線 信號的傳輸質(zhì)量，而且當某個路由器/節(jié)點因某些原因如電力不足或礦井爆炸等退出網(wǎng)絡 時，需要其他的路由器/節(jié)點能夠代替退出網(wǎng)絡的路由器/節(jié)點執(zhí)行其在網(wǎng)絡中的功能，因 此需要的時候要求路由器/節(jié)點適當增加其射頻輸出功率，增大網(wǎng)絡覆蓋范圍。本實施例采用的是CC2591射頻前端芯片作為射頻功率放大電路中的功率放大 器，其與CC2530的接口及外圍電路如圖4所示。3、溫濕度傳感器；該溫濕度傳感器采用的是SHT11，SHTll的內(nèi)部框圖如圖5及其 與CC2530微處理器的接口電路如圖6所示，SHTll內(nèi)包括溫度傳感器、濕度傳感器、校準傳 感器、放大器和帶有數(shù)字雙線接口的CRF發(fā)生器；該溫度傳感器、濕度傳感器、校準傳感器 輸出端均與放大器等輸入端相連接，所述放大器的輸出端再與CRF發(fā)生器相連接，在CRF發(fā) 生器上還連接數(shù)字雙線接口，即SCK、DATA發(fā)送送接口。主機(UC)內(nèi)CC2530微處理器與 SHTll的接口連接，來傳送信息，SHTll工作電壓2. 4-5. 5V。本實施例采用的SHTll作為溫 濕度傳感器具有完全校準的數(shù)字輸出、低功耗、體積小巧、不需要外部器件、長期穩(wěn)定等特 點，非常適合于在煤礦井下使用。4、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?；瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞑捎梅辣偷V用催化燃燒式氣體傳感器 MC3. 0L。如圖7所示，MC3. OL型催化元件根據(jù)催化燃燒效應的原理工作，由檢測元件和補 償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該 電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補償元件起參比及溫濕度補償作用。MC3. OL用作井下瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，具有防爆、穩(wěn)定可靠、輸出電壓信號與瓦斯?jié)舛?成正比、快速響應恢復、抗溫濕度干擾等特點。其探測范圍為0 4% VOL，靈敏度為20 40mV/l %，響應時間彡IOs,恢復時間彡30s,工作電壓3V±0. IV，工作電流110士 10mA，功率 彡360mW，在環(huán)境溫度為-40°C 70°C、濕度彡95% RH的條件下均可正常工作。由于MC3. OL本身的阻值非常小，當環(huán)境中的瓦斯?jié)舛劝l(fā)生變化時其阻值變化很 小，這樣電橋的輸出電壓變化也非常小，在實際應用中需要對該輸出電壓進行放大之后才 能進行測量。這里采用精密儀表放大器AD623AR來對MC3. OL的輸出信號進行放大，放大倍 數(shù)可通過一個電阻在1 1000倍之間進行精確的調(diào)整，放大后的電壓信號使用CC2530微處理器的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后根據(jù)瓦斯?jié)舛扰c電壓的關系即可計算出瓦 斯?jié)舛?。MC3. OL的工作電壓為3. OV士0. IV，其對電源電壓的準確度要求較高，因此在設計 中使用一個低壓差線性穩(wěn)壓芯片LMill7為其供電，使用精密電阻來調(diào)節(jié)其工作電壓。另外 由于MC3. OL的工作電流較大，遠大于本ZigBee節(jié)點中的其它部件，因此設計中還使用一片 功率MOSFET來控制其電源的通斷，只有當需要測量瓦斯?jié)舛仁遣沤o其供電。當瓦斯?jié)舛葴y 量的頻繁程度較低時，能有效降低節(jié)點的總的平均功耗。5、電源管理模塊，用于提供整個監(jiān)控網(wǎng)絡系統(tǒng)的電源。6、人機接口及報警裝置；人機接口包括按鍵和顯示器，用于對節(jié)點的某些工作參 數(shù)進行設置，對節(jié)點的工作狀況和環(huán)境參數(shù)進行查看等。報警裝置用于當井下環(huán)境發(fā)生危險情況時，或節(jié)點收到地面安全監(jiān)控系統(tǒng)中心發(fā) 布的信息時，對井下工作的有關人員進行提示和告警。上述電源管理單元、溫濕度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌缶b置、人機接口和功率 放大電路均與ZigBee收發(fā)器通過電路相連接?；谏鲜?，由于礦井下有其特殊的應用環(huán)境，比如外界的環(huán)境影響，比較廣闊的覆 蓋范圍等因素，對于井下無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸提出了很高的要求。從無線組網(wǎng)的角度出發(fā)， 結(jié)合低功耗的設計思想，將先進的無線網(wǎng)絡協(xié)議引進到煤礦安全系統(tǒng)中來，使得煤礦安全 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能和效率都得到大大的提高，并降低系統(tǒng)擴展所帶來的成本。隨著巷道的延伸，該系統(tǒng)可以及時地在這些區(qū)域增加無線網(wǎng)絡結(jié)點，擴大網(wǎng)絡規(guī) 模，其目的就是從根本上解決現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足。該系統(tǒng)采用最新的無線傳感器網(wǎng) 絡技術(shù)，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡相比，它是一種以數(shù)據(jù)為中心的自組織無線網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中的結(jié)點密 集，數(shù)量巨大且部署在十分廣泛的區(qū)域；網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，網(wǎng)絡具有自組織和自調(diào)整 特性；網(wǎng)絡結(jié)點具有成本低、體積小、功耗低、安全可靠等特點。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行 業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述 的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還 會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型 要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
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權(quán)利要求一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，包括對井下的各種數(shù)據(jù)進行收集、分析，并依此井下安全狀況的判斷、應對措施的決策和預警信息發(fā)布的地面安全監(jiān)控系統(tǒng)、采集井下環(huán)境參數(shù)和人員信息數(shù)據(jù)的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡和連接地面安全監(jiān)控系統(tǒng)和井下ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的CAN網(wǎng)絡；所述地面安全監(jiān)控系統(tǒng)向井下發(fā)布的信息通過CAN網(wǎng)絡發(fā)往ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所 述ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡包括采集井下環(huán)境參數(shù)和人員信息數(shù)據(jù)的便攜式移動結(jié)點，接 收移動結(jié)點發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)以及自身采集的數(shù)據(jù)的礦井巷道固定結(jié)點和通過CAN網(wǎng)絡連 接地面安全監(jiān)控系統(tǒng)的ZigBee-CAN網(wǎng)關；所述礦井巷道固定結(jié)點將移動結(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù) 以及自身采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee傳送ZigBee-CAN網(wǎng)關，所述ZigBee傳送ZigBee-CAN網(wǎng) 關將這些數(shù)據(jù)通過有線的CAN網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到地面安全監(jiān)控系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所 述礦井巷道固定結(jié)點為ZigBee網(wǎng)絡路由器，所述的便攜式移動結(jié)點為ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，所 述ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點包括ZigBee收發(fā)器、電源管理單元、溫濕度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、?警裝置和功率放大電路；所述電源管理單元、溫濕度傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、報警裝置和 功率放大電路均與ZigBee收發(fā)器通過電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所 述ZigBee收發(fā)器還連接有用于對節(jié)點的某些工作參數(shù)進行設置，對節(jié)點的工作狀況和環(huán) 境參數(shù)進行查看的人機接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所 述人機接口包括用于對節(jié)點的某些工作參數(shù)進行設置的按鍵和對節(jié)點的工作狀況和環(huán)境 參數(shù)進行查看的顯示器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在 于，所述的ZigBee收發(fā)器采用的是CC2530微處理器。
專利摘要本實用新型公開的是一種基于ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括對井下的各種數(shù)據(jù)進行收集、分析，并依此井下安全狀況的判斷、應對措施的決策和預警信息發(fā)布的地面安全監(jiān)控系統(tǒng)、采集井下環(huán)境參數(shù)和人員信息數(shù)據(jù)的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡和連接地面安全監(jiān)控系統(tǒng)和井下ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的CAN網(wǎng)絡；地面安全監(jiān)控系統(tǒng)向井下發(fā)布的信息通過CAN網(wǎng)絡發(fā)往ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡。本實用新型采用無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)即ZigBee，是一種以數(shù)據(jù)為中心的自組織無線網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中的結(jié)點密集，數(shù)量巨大且部署在十分廣泛的區(qū)域；網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，網(wǎng)絡具有自組織和自調(diào)整特性；兼容現(xiàn)行煤礦安全系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的功能，具有很好的靈活性、可擴展性、自組織網(wǎng)絡的能力、成本低、功耗低、安全可靠。
文檔編號E21F17/18GK201730640SQ20102022834
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者師斌, 龐曉華, 王莉莎, 郭宏, 陳巖 申請人:昆山諾金傳感技術(shù)有限公司;威海諾金傳感技術(shù)有限公司;北京鑫諾金傳感技術(shù)有限公司;北京鑫諾金電子科技發(fā)展有限公司;北京德思源電子科技發(fā)展有限公司