Zigbee无线传感集成的煤矿综合监测设计

是实现井下温湿度、瓦斯以及作业人员位置的监测。考虑到温湿度和瓦斯的测量是在固定位置，而作业人员的位置是变动的，因此考虑将温湿度和瓦斯的测量作为一个集成的路由节点存在，而作业人员作为一个终端节点存在。这样，构成了一个基于Zigbee簇状网络的系统架构，如图2所示。

　　"地面"的"现场监视站"，还可以利用Digi公司提供的云平台，实现数据的发布和远程监视。

　　对于"井下"的Zigbee无线通信网络而言，包括三种类型设备："网关"、"环境数采设备"和"人员位置数采设备"：

　　●"ConneetPort网关"放置在井口处，一方面作为协议转换器，与"地面"上级系统建立接口和连接；同时也作为整个井下无线系统的中心协调器存在，负责无线网络的建立和维护。

　　●"环境数采设备"按一定距离（300 m）在井内进行放置，实现对温湿度及瓦斯等环境参数的测量。考虑到这些节点需要同时作为人员位置监测的参考点，此外从网络的可靠性角度出发（如果中间有一个节点故障，仍希望网络是正常工作的），因此这些固定放置的环境监测设备作为Zigbee的路由器存在，其供电也将采用有线方式；所有环境监测设备组成链状网络，最终与"网关"实现连接和数据交互。

　　●"人员位置跟踪设备"采用XBee ZB传感器模块，由井下矿工随身携带，从功耗角度考虑，该类设备作为Zigbee的终端节点存在，因此可以保持较长的工作时间。同时该终端节点采用网络主动搜寻模式，可以按预先设定的时间间隔唤醒并主动搜寻最近的路由节点并加入网络，由此实现定位跟踪。

　　井下"环境数据采集设备"的构成如图3所示，包括温湿度传感器、瓦斯传感器以及一个XBee—PRO ZB适配器。

　　●温湿度传感器：采用E+E公司的EE30EX本安型温湿度传感器，温度测量范围-40℃～180℃，湿度测量范围0～100％RH，采用24VDC供电，输出范围0～10 V或4～20 mA。

　　●瓦斯传感器：采用中煤科常州自动化研究院的KGJ16B型瓦斯传感器，测量范围0～4％CH4，采用9～24 VDC供电，输出范围1～5 mA，通过串联电阻可变换为1～5 V。

　　●XBee—PRO ZB适配器：由于温湿度和瓦斯传感器均为模拟型输出，因此选用模拟输入型XBee—PRO ZB适配器，有三组模拟输入通道，0～10 V或4～20 mA可配置。目前系统仅使用了其中的2个输入通道，并且均选用0～10 V测量范围。

　　3 结束语

　　采用已有的成熟传感器和无线传感网络设备，通过集成和组网，实现煤矿井下作业环境和人员位置的实时监测。同时根据测量功能和节点位置的不同，将环境测量用设备配置为Zigbee路由节点，按一定间隔进行固定放置；而将人员定位设备配置为Zigbee终端节点，可进入低功耗模式，同时自动搜寻最近的路由节点，实现位置的跟踪定位。

　　该系统具有结构简单、易于实现、可靠性高、功能全面等优点，适合于煤矿综合监测的广泛应用。