ZigBee技术在煤矿安全生产中应用.pdfVIP

中国职业安全健康协会 2013 年学术年会论文集 ZigBee 技术在煤矿安全生产中的应用 刘德国 1 黄成玉 1 刘永涛 1 梁浩 2 （1.华北科技学院电子信息工程学院，北京东燕郊 101601E-mail ：deguoliu@163.com 2. 中国酒泉卫星发射中心科研协作部，北京东燕郊 101601 ） 【摘 要】本文从煤矿监测和煤矿井下人员定位两个方面分析了 ZigBee 技术在煤矿安全生产 中的应用。在井下环境监测方面从 ZigBee 的网络构成方面进行了分析，分析了网络的组成和工作 原理。在井下人员定位方面，着重介绍了利用 ZigBee 技术组建的井下定位网络的构成和工作原理。 【关键词】煤矿安全；ZigBee ；定位；煤矿监测 【基金项目】本论文获中央高校基本科研业务费资助，项目编号：3142013056，DX1201B 1 前言 我国的矿产资源大多数采用地下开采的方式。在生产过程中，矿区常常面临冒顶、塌方、瓦斯 突出以及水突出等灾害事故的发生。一旦发生事故，造成的灾难是严重的。为了预防此类事故的发 生，需要不断建设和完善矿井的生产环境。建立完善的对井下进行监测的系统，实现对井下温度、 瓦斯浓度等物理量进行监测。当有瓦斯或水突出等事故发生的危险时，提前报警。因此，完善有效 的监测系统可以提示人们危险发生前采取必要的措施，降低事故发生的危险和减少事故造成的危 害。但是我们也必须认识到，监测系统并不能完全解决煤矿安全中可能发生的危险，煤矿发生的危 险很难完全避免，因此如何在发生危险时，及时进行人员的搜救，采取积极的救援措施，也是降低 煤矿灾难必须注意的方面。由此，我们说煤矿安全生产必须重视和建设的两个重要环节是监测和定 位！目前，煤矿监测和定位主要采用有线信号传输方式。这种有线系统移动性差，设备安装局限性 大，受矿井自然环境的限制，很难做到对矿井多区域的监测和定位。比如在对瓦斯的监测上，有线 的系统很难对采空区、综采工作面等瓦斯气体大量积聚的区域进行实时监测。为了解决有线方式的 弊端，无线方式的监测和定位系统开始引起人们的重视，尤其是 ZigBee 技术的出现，更是为煤矿 的无线监测和定位系统的应用带来了广阔的前景。 2 ZigBee 技术简介 ZigBee 技术是一种新兴的短距离双向无线通信技术，该技术是基于 IEEE802.15.4 标准的应用 于无线监测与控制的全球性无线通信标准。ZigBee 技术可以在三个不同的频段上通信，欧洲采用 的频段是 868MHz，美国采用的频段是 915MHz，全球通用的频段是2.4GHz 。这三个频段的参数如 表 1 所示。 1037 中国职业安全健康协会 2013 年学术年会论文集 表 1：IEEE802.15.4 频段参数 工作频率 2.4GHz 915MHz 868MHz 频段参数 频段属性 ISM ISM — 使用区域 全球通用 美国 欧洲 频道数 16 10 1 理论传输速率 250Kbit/s 40Kbit/s 20Kbit/s 由表 1 可以看出，2.4GHz 波段为全球统一的无需申请的 ISM 频段，有利于 ZigBee 设备的推广 和生产成本的降低。这 3 个频段共划分 27 个信道，采用直接序列扩频（DSSS ）方式以无线电波为 媒介实现信息的发送和接收。ZigBee 使用的无线电波不会对人体健康造成危害，在数据传输中可 以根据情况采取一定的安全措施如接入清单控制（ACL ）或高级加密