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无线传感器网络技术的应用研究
无线传感器技术在煤矿人员安全监测中的应用研究
摘 要:近年来煤矿事故常发生,为了提高煤矿安全系数,本文研究的主要内容是人体生理信息的采集,无线传感网络节点的设计,以及基于ZigBee协议的无线组等方面的内容。人体的生理信号有很多种,本文选择便于测量,成本低廉的DS18B20作为温度传感器进行体温测量,通过人头部的三点最终确定人体的体温。另外本文对MJC4/3.0L瓦斯传感器进行了硬件电路设计。在节点的硬件设计方面主要通过微处理器MSP430FG4618和射频芯片CC2420设计来满足系统的要求,软件方面主要是在ZigBee协议的基础上编写应用程序的软件,将此设计应用到实践将会确保煤矿人员,减少煤矿事故发生。
关键词:煤矿安全;CC2420;MSP430FG4618;ZigBee;人体体温
Abstract:In recent years, there are many accidents of coal mines. In order to increase the safety of coal mines, the author studies the acquisition of temperature signals of human bodies, wireless sensor node design, and based on ZigBee protocol wireless network and so on. There are many physiological signals in the human bodies. The author chooses the low-cost DS18B20 as the temperature sensor to measure human bodys temperature by three spots on the head. The gas sensor,MJC4/3.0L,and its hardware connection mode are also depicted in the paper. In the hardware, the system demand is satisfied by the microprocessor MSP430FG4618 and the radio frequency chip CC2420.In the software the programming application procedure is done with Zig-Bee protocol as a basis. If we apply this technology into society, we will ensure the safety of person in coal mines in order to decrease the accidents.
Keywords: the safety of Coal mines, CC2420, MSP430FG4618, ZigBee, Human body temperature
1 绪论
煤矿的自然条件非常复杂,开采条件也极端多变,现有的监测系统一般都是对静态的环境进行监测,很少有针对动态特别是人员的防护和救助信息的采集能力,有线的通讯方式在动态生产的煤矿井下应用存在诸多不便,井下地形也复杂,有线布线不便,建设成本也高[1]。针对目前无线传感器网络的发展,探讨用无线通讯方式实现井下安全监测系统的信息传输,特别是重点研究人体的状态信息,以及接口平台的设计,这样可以把各种安全监测监控系统集成起来,最终目的是保护人的安全和防止生产资料的损失。
2 系统整体方案选择
根据煤矿安全监控实际需求,设备的整体结构应包括地面监控中心、有线骨干网、无线网关节点、传感器模块。传感器模块主要用于环境监测,以及人员安全监测和定位。地面监控中心的作用包括对整个系统的监控,数据处理比较和报警,在矿难发生后可以提供用于判断人员的生理状况和大体位置信息以便营救,对整个系统的数据进行自动备份并且自动上传至当地政府煤矿安全生产监管系统主机。
图1 整体结构设计示意图
由于该系统是在矿区使用,在主干道上用电力线载波,而在分巷道里用ZigBee无线传感网络技术,煤矿的总体结构示意图如图1所示。在各个小巷道中用ZigBee技术组成无线传感网络,传感器网络包括地面监控中心、有线骨干网、无线网关节点、传感器节点。传感器大致分为两类:一类是静态节点(环境参数的监测),这类节点一般分布在固定的位置,负责感知该位置周围的环境信息;另一类是动态节点(监测人的生理信号和环境参数),该类节点由工人随身携带,一方面在事故发生的时候能够判断人的生理
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