Zigbee无线传感集成的煤矿综合监测设计

　　XBee ZB适配器通过一系列可供灵活选择的物理接口，与智能电子设备进行连接，使这些智能电子设备具有了符合Zigbee协议的无线通信能力。所提供的可选物理接口包括RS-232、RS-485、数字量I／O和模拟量I／O等。这些适配器有多种配置和定制选项供用户选择，以满足不同应用的需求。它是传感器、控制器、其它有线应用和有通用接口设备无线联网的理想选择。

　　XBee ZB传感器集成了环境温度、光强和湿度测量功能，温度测量范围-18℃～55℃，光谱带宽范围360～970 nm，湿度测量范围0～100％RH，电池供电，便于携带。

　　XBee—PRO ZB系列的发射功率达+17 dBm，接收灵敏度-102 dBm；采用IP66外壳，达到三防效果；输入电压范围3．7～6VDC和9～30VDC可选，支持外接电源或电池供电，并可配置为中心协调器、路由节点和终端节点中的任意一种。

　　2 系统构成及组网方式

　　本文所涉及的煤矿综合监测系统，主要目的是实现井下温湿度、瓦斯以及作业人员位置的监测。考虑到温湿度和瓦斯的测量是在固定位置，而作业人员的位置是变动的，因此考虑将温湿度和瓦斯的测量作为一个集成的路由节点存在，而作业人员作为一个终端节点存在。这样，构成了一个基于Zigbee簇状网络的系统架构，如图2所示。

　　“地面”的“现场监视站”，还可以利用Digi公司提供的云平台，实现数据的发布和远程监视。

　　对于“井下”的Zigbee无线通信网络而言，包括三种类型设备：“网关”、“环境数采设备”和“人员位置数采设备”：

　　●“ConneetPort网关”放置在井口处，一方面作为协议转换器，与“地面”上级系统建立接口和连接；同时也作为整个井下无线系统的中心协调器存在，负责无线网络的建立和维护。

　　●“环境数采设备”按一定距离（300 m）在井内进行放置，实现对温湿度及瓦斯等环境参数的测量。考虑到这些节点需要同时作为人员位置监测的参考点，此外从网络的可靠性角度出发（如果中间有一个节点故障，仍希望网络是正常工作的），因此这些固定放置的环境监测设备作为Zigbee的路由器存在，其供电也将采用有线方式；所有环境监测设备组成链状网络，最终与“网关”实现连接和数据交互。

　　●“人员位置跟踪设备”采用XBee ZB传感器模块，由井下矿工随身携带，从功耗角度考虑，该类设备作为Zigbee的终端节点存在，因此可以保持较长的工作时间。同时该终端节点采用网络主动搜寻模式，可以按预先设定的时间间隔唤醒并主动搜寻最近的路由节点并加入网络，由此实现定位跟踪。

　　井下“环境数据采集设备”的构成如图3所示，包括温湿度传感器、瓦斯传感器以及一个XBee—PRO ZB适配器。

　　●温湿度传感器：采用E+E公司的EE30EX本安型温湿度传感器，温度测量范围-40℃～180℃，湿度测量范围0～100％RH，采用24VDC供电，输出范围0～10 V或4～20 mA。