关于ZigBee技术的井下人员定位安全监测系统.pdf

第51卷增刊1 大连理工大学学报 V01．51，Suppl．1 201 1年4月 0 1 1 ofDalian of Apr．2 Journal UniversityTechnology 基于ZigBee技术的井下人员定位安全监测系统 崔 璐“， 蔡觉平1’2， 赵博超1， 王 鑫1 (1．西安电子科技大学微电子学院，陕西西安710071； 2．西安电子科技大学宽带隙半导体技术国家重点学科实验室，陕西西安 710071) 摘要：采用德州仪器(TI)公司CC2431芯片，构建了基于ZigBee协议的井下人员定位及安 全监控系统．网络由网络协调器、定位参考基站、人员终端组成，通过在井下建立线状和网状 ZigBee无线网络，实现井下人员定位、环境监测和通信等功能．通过人员终端测定附近定位 基站的信号强度，可以用监控系统上位机软件实时观测井下人员的活动，并进行数据采集和 传输．通过对天线的近场效应进行补偿性修正，定位误差降低了约50％．模拟井下环境的性 能测试结果表明，该系统可以达到0．25m的测量分辨率，定位误差小于2ril，可以支持 4kbps的数据传输，满足井下人员定位和事故发生时的疏散调度要求． 关键词：ZigBee；井下安全；定位；通信 中图分类号：TP277文献标志码：A 0引言 1 系统概述 近些年来煤矿事故频发，造成重大的人员伤 针对井下人员定位困难，缺乏无线通信的现 亡和经济损失．地下多层呈网状的复杂坑道环境， 状，提出在井下组建ZigBee无线网络．用网络协 以及煤矿内存在的高浓度可燃气体，使得传统的 调器在井下建立网络，地上控制台通过线缆与井 有线通信系统和大功率无线通信系统在矿难发生 下的协调器相连，定位参考节点、移动终端节点自 时无法满足人员的定位和疏散等要求．基于 动加入网络，通过ZigBee无线网络实现节点通信 ZigBee网络技术的低功耗无线定位和数据传输 及定位． 技术，被认为是解决煤矿复杂环境下监控和调度 1．1 ZigBee无线网状网络构建 的一种解决方案．IEEE802．15标准中的 根据井下通道结构，在井下通道中布置各 ZigBee[11技术具有小型、低功耗、可定位等功能， ZigBee网络设备：协调器设置在井下通道入口 被认为是新型传感器网络的重要解决方案．本文 处，与地面控制台通过线缆连接；在井下通道中每 采用ZigBee技术，构建具有自组织和自愈合功能 个分岔口放置定位参考节点，对于较长直通道可 的线状和网状无线网络，通过采用自适应路由和 每100m放置一个中继节点．网络协调器、定位 基于接收信号的强度指示(receivedsignal 参考节点、人员终端节点开机后自动进行网络的 strengthindication，RSSI)的定位跟踪技术，实现 井下人员定位和安全监测系统．将移动终端节点