基于ZigBee技術的無線紅外瓦斯傳感器智能監測系統設計

摘要：給出了以AT86RF212為核心的ZigBee無線通訊技術實現紅外檢測終端的組網監測方法，詳細介紹了系統架構及終端紅外檢測模塊的硬件設計及軟件架構。該方法可以很好地實現井下特殊環境下的檢測布控，從而有效監控井下各點的瓦斯突變。
關鍵詞：Zigbee；紅外無線通信；瓦斯傳感器；智能監控

0 引言
在煤礦開采過程中，礦井瓦斯濃度的測量對煤礦安全生產非常重要。對煤礦井下瓦斯濃度進行精確測量和實時監測控制是防止煤礦瓦斯爆炸、確保人身安全的重要措施。但目前我國礦井存在不能實時監測井下的瓦斯、溫濕度等信息，瓦斯檢測系統技術滯后等問題，給礦井安全帶來重大隱患。因此，本文采用IEEE 802．15．4／ZigBee協議，設計了一種以基于ATMEL公司AT86RF212為核心的無線監測傳感器網絡系統。

1 ZigBee協議簡介
ZigBee是ZigBee聯盟定義的無線網絡標準，ZigBee聯盟的主要目標是通過加入無線網絡功能，為消費者提供更富有彈性、更容易使用的電子產品。ZigBee技術能融入各類電子產品，應用范圍橫跨全球的民用、商用、公共事業以及工業等市場，使得聯盟會員可以利用ZigBee這個標準化無線網絡平臺，設計出簡單、可靠、便宜又節省電力的各種產品。
ZigBee技術網絡有兩種網絡拓撲結構：星型的拓撲結構和對等的拓撲結構。星型拓撲網絡結構由一個叫做PAN主協調器的中央控制器和多個從設備組成。主協調器必須為一個完整功能的設備；從設備既可為完整功能設備，也可為簡化功能設備。在實際應用中，應根據具體應用情況，采用不同功能的設備，合理地構造通信網絡。

2 無線瓦斯傳感器監控系統組成
圖1所示是本無線瓦斯傳感器監控系統的組成框圖。該系統設計主要包括監控節點模塊、數據接收模塊及井上信息綜合處理中心等部分，主要是利用不同的瓦斯采集終端對各采集點進行瓦斯采集，通過建立的Mesh無線通信網絡將數據進行中繼傳輸，逐級路由最終到達地面監控中心，實現動態顯示、分析及其他處理。Mesh網絡有效縮短了信息傳輸的延時，并提高了網絡通信的可靠性。基于ZigBee技術的中繼器由節點除負責發送本節點的數據外，還負責轉發其他節點的數據至中心節點，從而形成無線通訊網絡。