基于Zigbee的煤矿瓦斯安全监测系统的研究

摘要

长期以来，煤矿井下瓦斯一直是制约煤矿安全生产的主要因素，瓦斯事故的频发，严重制约着矿井的安全生产，威胁着社会的公共财产和矿工的生命，现实中矿井安全生产形势依然严峻。传统的瓦斯监控系统采用有线监测的方式，受布线复杂、维护成本高等因素影响，不能满足实际安全生产的需要。因此生产过程中急需切合实际的井下瓦斯安全监测技术研究。 本文利用Zigbee无线传感网络技术，研究适合井下大规模瓦斯监测的无线网络，构建了基于Zigbee的瓦斯监测系统；采用“节点分散监测，数据集中管理”的架构思想，对井下3种监测功能节点硬件和软件进行了设计，搭建了以CC2530为核心的节点硬件系统，编制了各节点的应用软件；然后采用EkoView建立瓦斯监测界面，建立了基于B/S网络架构的瓦斯数据采集和监测系统。针对井下无线网络节点能量受限问题，开发了一种ZJGAF拓扑节能算法，该拓扑算法以GAF算法为基础，在监测区域虚拟单元格的划分和簇头选举进行了改进，在实现网络连通的基础上，降低了节点能耗。利用Matlab进行仿真实验表明，与传统的GAF拓扑控制算法相比较，ZJGAF拓扑节能算法降低了网络整体能耗和延长了网络生存周期。 基于Zigbee无线网络技术的煤矿瓦斯监测系统能够实时准确的监测井下瓦斯浓度，降低了监测节点的网络能耗，提高了煤矿瓦斯事故预防的有效性，具有较大的应用和推广价值。