基于ZigBee技术的矿井安全及应急响应系统

摘要

近年来，由于煤炭行业的飞速发展以及煤矿生产事故的不断发生，国家对煤矿安全生产的重视已达到前所未有的高度。迫切需要一套实时对井下环境监控、工作人员跟踪定位并且在危险时刻做出应急响应的系统。由于ZigBee技术具有低功耗、低成本、应用简单等特点，其在短距离无线控制、监测、数据传输等领域有着显著的优势。因而，运用ZigBee网络技术实现井下安全监控已成为一个广受关注的研究方向。
　　本文深入研究了ZigBee无线通信技术和无线定位技术，分析了井下工作环境、矿道结构、电磁干扰等问题，得出了ZigBee应用于井下安全监控系统的可行性和技术优势。针对井下特殊的工作环境以及实际工程需要，系统采用ZigBee无线网络与485通信网络相结合的方式构建数据通信平台，使用基于RSSI测距简化的三边定位技术作为井下人员跟踪定位的设计方案，并以体温监测作为井下生命监控的依据。该系统可实现对整个井下工作区域进行实时监控。
　　本文依据本质安全型防爆技术，详细描述了硬件设备的电路设计，包括基于CC2430的ZigBee模块、网关节点、移动节点、485总线接口、甲烷传感器、体温传感器的电路设计。在此基础上，还介绍了基于Z-Stack协议栈的嵌入式软件设计，和基于LabVIEW语言的PC机演示程序设计。
　　通过对底层监控电路、系统主要功能和系统整体网络的大量测试，验证了该系统网络通信正常，能实现准确的人员定位和实时的井下环境监控；在发生矿难时，能模拟出井下现场整体信息。从而证实了该方案的可行性，完全满足工程要求。