Zigbee無線傳感集成的煤礦綜合監測設計

　　XBee ZB適配器通過一系列可供靈活選擇的物理接口，與智能電子設備進行連接，使這些智能電子設備具有了符合Zigbee協議的無線通信能力。所提供的可選物理接口包括RS-232、RS-485、數字量I／O和模擬量I／O等。這些適配器有多種配置和定制選項供用戶選擇，以滿足不同應用的需求。它是傳感器、控制器、其它有線應用和有通用接口設備無線聯網的理想選擇。

　　XBee ZB傳感器集成了環境溫度、光強和濕度測量功能，溫度測量范圍-18℃～55℃，光譜帶寬范圍360～970 nm，濕度測量范圍0～100％RH，電池供電，便于攜帶。

　　XBee—PRO ZB系列的發射功率達+17 dBm，接收靈敏度-102 dBm；采用IP66外殼，達到三防效果；輸入電壓范圍3．7～6VDC和9～30VDC可選，支持外接電源或電池供電，并可配置為中心協調器、路由節點和終端節點中的任意一種。

　　2 系統構成及組網方式

　　本文所涉及的煤礦綜合監測系統，主要目的是實現井下溫濕度、瓦斯以及作業人員位置的監測。考慮到溫濕度和瓦斯的測量是在固定位置，而作業人員的位置是變動的，因此考慮將溫濕度和瓦斯的測量作為一個集成的路由節點存在，而作業人員作為一個終端節點存在。這樣，構成了一個基于Zigbee簇狀網絡的系統架構，如圖2所示。

　　“地面”的“現場監視站”，還可以利用Digi公司提供的云平臺，實現數據的發布和遠程監視。

　　對于“井下”的Zigbee無線通信網絡而言，包括三種類型設備：“網關”、“環境數采設備”和“人員位置數采設備”：

　　●“ConneetPort網關”放置在井口處，一方面作為協議轉換器，與“地面”上級系統建立接口和連接；同時也作為整個井下無線系統的中心協調器存在，負責無線網絡的建立和維護。

　　●“環境數采設備”按一定距離（300 m）在井內進行放置，實現對溫濕度及瓦斯等環境參數的測量。考慮到這些節點需要同時作為人員位置監測的參考點，此外從網絡的可靠性角度出發（如果中間有一個節點故障，仍希望網絡是正常工作的），因此這些固定放置的環境監測設備作為Zigbee的路由器存在，其供電也將采用有線方式；所有環境監測設備組成鏈狀網絡，最終與“網關”實現連接和數據交互。

　　●“人員位置跟蹤設備”采用XBee ZB傳感器模塊，由井下礦工隨身攜帶，從功耗角度考慮，該類設備作為Zigbee的終端節點存在，因此可以保持較長的工作時間。同時該終端節點采用網絡主動搜尋模式，可以按預先設定的時間間隔喚醒并主動搜尋最近的路由節點并加入網絡，由此實現定位跟蹤。

　　井下“環境數據采集設備”的構成如圖3所示，包括溫濕度傳感器、瓦斯傳感器以及一個XBee—PRO ZB適配器。

　　●溫濕度傳感器：采用E+E公司的EE30EX本安型溫濕度傳感器，溫度測量范圍-40℃～180℃，濕度測量范圍0～100％RH，采用24VDC供電，輸出范圍0～10 V或4～20 mA。