煤礦瓦斯報警無線傳感器網絡節點設計與實現

　　溫濕度傳感器的數據通過DATA線直接讀取，控制流程如下：用一組啟動傳輸時序進行數據傳輸的初始化，然后發送一組測量命令(‘00000101’表示相對濕度，‘00000011’表示攝氏溫度)后,釋放DATA線，等待SHT11下拉DATA至低電平，表示測量結束，同時接收數據。

　　對于粉塵傳感器模塊，計算數據端口輸出脈沖中低電平的占空比即可得到粉塵濃度。

　　3.2.2 無線收發程序

　　無線收發程序負責接收來自基站或其他節點的命令或數據，并發送本節點或轉發其他節點的數據。首先進行CC1000的寄存器初始化配置，然后通過改變寄存器的值，進入待機、發送或接收模式。圖5為無線收發的控制流程圖。

　　3.2.3 液晶顯示驅動程序

　　液晶顯示器與單片機的接口協議為請求/應答(REQ/BUSY)握手方式。向模塊發出一個完整的顯示漢字的命令，包括坐標及漢字代碼在內共需5個字節。

　　3.2.4 節點定位算法

　　采用基于接收信號強度指示(RSSI)定位算法[5]實現節點的精確定位：已知發射節點的發射信號強度，接收節點根據收到信號的強度計算出信號的傳播損耗，然后根據信號傳播模型公式(1)將傳輸損耗轉化為距離，再利用三邊測量法計算出未知節點的位置。在實際定位中，要保證未知節點處于三個以上發射信號強度和位置坐標已知的參考節點的通信范圍內，未知節點根據接收信號強度計算出信號的傳播損耗，進而計算出節點位置。

　　PR(d)=PT-10nlog(d)-γ　　　　　　　　(1)

　　其中,PR(d)為接收信號強度(dBm)；PT為發送信號強度(dBm)；n為路徑長度和傳輸損耗之間的比例因子；d為參考節點與未知節點之間的距離；γ為修正因子，根據經驗進行修正。

　　瓦斯傳感器網絡節點系統能夠通過無線傳感器網絡實現對井下溫度、濕度、瓦斯和粉塵等參數和井下工作人員位置的實時監測，主要功能包括瓦斯濃度及溫濕度檢測、液晶顯示、定位和無線收發等功能，可以實現瓦斯濃度4％以內的檢測，且當持續半分鐘檢測到瓦斯濃度高于1％時，蜂鳴器發出報警信號。此外，根據煤礦的溫濕度參數自動對瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯濃度報警器的準確性。節點系統的LCD能夠動態顯示環境的溫濕度和瓦斯濃度。無線模塊可以把測到的瓦斯濃度和井下人員的位置信息發送到煤礦瓦斯監控的基站，再傳送到總控中心，以便隨時了解礦下瓦斯濃度和井下人員所處位置。該無線模塊在室內環境下傳輸距離為20～30米，可以滿足井下作業要求。節點系統穩定工作狀態下的響應時間小于20秒，可滿足實時監控要求。

　　隨著無線傳感器節點數目的增多、功能的進一步完善和監控管理平臺的建立，本無線網絡傳感器系統將適用于各類氣體以及人員位置監控的現代化管理，不僅能夠進行安全監測、協助事故搶險救援，還能夠用于人員調度、監控、考勤等，從而提高礦山的管理水平與工作效率。

　　參考文獻

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　　5 孫利民，李建中，陳 渝等.無線傳感器網絡.北京：清華大學出版社，2005