作 者:湛浩星 孙长嵩 吴珊 李冬艳
从表1中可以得出低功耗、低成木的就是ZigBee技术的优势,而这些恰好适用于煤矿井下巷道多曲折、多风门等结构特点,电源供电限制严格、煤炭行业资金短缺等特点。尽管它有着较低数据传输率,但是这一传输速度仍能够满足井下人员定位系统的需求。
2.4ZigBee
ZigBee是一种采用成熟无线通讯技术的全球统一标准的开放的无线传感器网络。它以IEEE 802.15.4协议为基础,使182 2006.24计算机工程与应用用全球免费频段进行通讯,能够在三个不同的频段上通讯。全球通用的频段是2.400GHz-2.484GHz,欧洲采用的频段是868.0 MHz -868.6 6MHz美国采用的频段是902MHz -928MHz传输速率分别为250kbps 20kbps和40kbps通讯距离的理论值为10m- 75m。
ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成木,由于采用较低的数据传输率,较低的工作频段和容量更小的Stack并且将设备的ZigBee模块在未使用的情况下进入休眠状态从整体上降低其功耗。
ZigBee体系结构如图2所示。其中物理层、介质访问层和数据链路层基于IEEE802.15.4无线个人局域网(WPAN)标准协议;ZigBee在IEEE802.15.4标准基础之上建立网络层和应用支持层,包括巨大数量节点的处理最大节点数可以达到65000[3]个)、ZigBee设备对象、用户定义的应用轮廓以及应用支持层等。应用层则由用户根据需要进行开发。
3基于ZigBee技术的井下人员定位
结合煤矿井下生产作业的特殊性和要求,采用基于Z igBee的无线传感器网络技术实现巷道内人员定位。通过基于ZigBee的无线自组网络将人员位置参数实时地传输到煤矿井下救援系统,能够进行实时监测,并在危险情况下及时报警并及时通知井下作业人员;事故发生后,可以辅助快速制定救援方案,减少人员的伤亡。
3.1硬件环境
实现基于无线定位技术的井下人员定位,需要使用高性能的微型计算机,并且采用双显示器和双硬盘,CPU主频不低于26GH z内存不小于512M,硬盘不小于120G,显示器不低于19英寸,图形显示卡显存不低于256M并且支持双屏幕显示以及CD-RW或磁带机,也可以采用专业图形工作站(要求双显示器和双硬盘)。飞思卡尔公司的24GHz MC13192射频收发器,数据调制解调器。
3.2软件环境
定位系统在Microsoft Windows 2000 Server操作系统环境下开发,采用的开发工具是VB. net选用MapX5.0和Map info Professional7.5完成系统的G1S部分的开发,后台数据库使用Oracle数据库系统。飞思卡尔公司的MC 13192+GT60开发套件工具。
3.3数据通讯网络的组成
定位系统中的网络主要由ZigBee无线自组网络和以太网Ethernet (IEEE 802.3)有线网络组成。网络可以覆盖整个巷道,前端构建ZigBee网络进行数据的采集和传输,后端由Ethernet构成主要的数据传输骨干通道。
由于井下巷道内对有线的电力供应有严格限制,Z igBee器件由电池供电,一节电池至少能够使用6个月,符合其低功耗的特点。Ethe rne侧络在巷道内的部分也将由高容量的电池驱动,其中的电池管理和更换,应当由专门制定的政策(Policy)来控制和监管,以保证整个系统的正常运行。