基于ZigBee网络的综采面瓦斯浓度监测系统关键技术研究*

王海波

（淮南职业技术学院，安徽淮南 232001）

基于ZigBee网络的综采面瓦斯浓度监测系统关键技术研究*

王海波

（淮南职业技术学院，安徽淮南 232001）

在对煤矿目前瓦斯监测系统大量调研的基础之上，为了满足煤矿瓦斯监测的需要，将基于ZigBee的无线传感器网络技术应用于煤矿井下的瓦斯监测。

综采工作面；瓦斯；无线传感器网络；节点

0 引言

目前，在我国煤矿井下，瓦斯浓度的采集主要有两种方式：第一种是瓦斯检测工利用便携式的瓦斯报警仪进行检测，这种方式的最大缺点是只能检测到仪器所在位置的瓦斯浓度，对于瓦检工不能到达的区域则不能实现连续无缝监测；第二种方式是利用瓦斯传感器实时采集瓦斯浓度，经微处理器处理后，通过电缆传输给地面的测控主机，这种方式的最大缺点是瓦斯传感器为固定安装，不能脱离电缆自由移动。

1 煤矿传统有线传输监测系统的弊端

（1）随着煤炭开采进程，工作面的采煤机、刮板输送机和液压支架位置不断地循环推进，使得工作面空间形状不停变化，设备之间的相互位置也不断发生变化，容易造成传输电缆撕扯和损坏，导致监控系统的瘫痪，并且这种破坏后的恢复周期一般较长。

（2）这种主要依靠硬接线的工作方式布线工作量巨大，扩展性能差且维护困难，加之有些巷道空间狭小，对通信线路的延伸和维护提出了很高的要求，导致安装和维护成本比较高，一旦通信链路发生故障，整个监测系统就可能瘫痪。

2 无线传感器网络技术在矿井环境参数监测应用中的优势

无线传感器网络是随着微电子技术、计算机技术的进步而兴起的一项新技术，它由部署在监测区域内多达65 000个微型传感器节点组成的一个多跳的自组织网络[1]。通过对现有几种数据传输技术的分析，可以看到，ZigBee技术具有功耗低、成本低、容量大、可靠性高、自组织能力强、监测精度高、容错性好以及无需布线的特点，正好适合于具有复杂地质构造及恶劣维护条件的煤矿井下移动设备和工作面环境参数的监测监控。

3 系统软硬件结构设计

网络节点一般由以下几个模块组成：传感器模块、处理器模块、无线通信模块以及由微型电池组成的能量供给模块[2]。传感器节点硬件结构如图1所示。

图1 传感器节点结构图

图2 传感器节点工作流程图

在本系统中，根据多种瓦斯传感器比较，采用KGS-20低功耗瓦斯传感器，该传感器以二氧化锡为基本敏感材料，专门用于可燃性浓度检测的一种半导体型气体传感器，体积小，耗电低，应用电路简单，报警浓度为甲烷≥1%，响应时间≤20 s，恢复时间≤30 s，静态功耗为150 mW，报警状态功耗为300 mW，供电电压为3～5 VDC。

传感器节点的软件设计利用中断的方式执行相应的命令。基本工作流程如图2所示。

4 结束语

针对目前煤矿井下有线瓦斯监测系统的局限性，提出了基于ZigBee网络的瓦斯监测系统，该监测系统也可推广应用到煤矿井下的其他应用领域如风速、温度、湿度、CO含量等其他参数的无线监测[3]。

［1］蒋恒深，张晓光，李辉，等.基于ZigBee的综采工作面设备及环境远程监测系统设计［J］.仪表技术与传感器，2010，47（09）：36-39.

［2］李文江，魏娟.ZigBee无线传感器网络在瓦斯监控系统中的应用［J］.黑龙江科技学院学报，2008，18（06）：414-416.

［3］沈楚焱，杨鹏，史旺旺.基于无线传感器网络的预装式变电站测控系统［J］.机电工程，2012（10）：1213-1216.

Research on Key Technology of Gas Concentration Inspection System of Full-Mechanized Face Based on ZigBee Network

WANG Hai-bo
（Huainan Vocational and Technical College，Huainan 232001，China）

Through the investigation of a large number of coal mine gas monitoring system at present，to meet the need of gas monitoring of coal mine，this paper expounded the wireless sensor network technology based on ZigBee gas monitoring system used in coal mine.

full-mechanized face；gas；wireless sensor network；node

TP277

A

1009－9492(2014)02－0035－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.010

王海波，男，1973年生，安徽淮南人，硕士，讲师。研究领域：矿山机械设备电气控制及无线传感器网络。

(编辑：向 飞)

*安徽省高等学校省级自然科学研究项目（编号：KJ2013B264）；淮南职业技术学院重点科技基金项目（编号：HKJ12-1）

2013－11－30