《新型煤礦井下應(yīng)急無線通信系統(tǒng)的建立》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、萬方數(shù)據(jù)第28卷第1期西安科技大學(xué)學(xué)報2008年3月JoI瓜NALOFXI’ANI『Nn咂RSⅡYOFSCⅡ烈CEANDTECHNOL()GYV01．28N0．1Mair．2008文章編號：1672-9315(2008)01一0117一05新型煤礦井下應(yīng)急無線通信系統(tǒng)的建立孫弋(西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，陜西西安710054)摘要：隨著現(xiàn)代化煤礦的要求及無線通信技術(shù)的發(fā)展，地面無線通信技術(shù)(如PHS)開始應(yīng)用于煤礦井下通信。通過分析基于Zigbee的短距離無線通信技術(shù)，提出了一種基于Zigbee技術(shù)

2、的礦井應(yīng)急救援無線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下目標(biāo)位置環(huán)境等參數(shù)遠(yuǎn)程采集，為救援決策提供科學(xué)依據(jù)。該系統(tǒng)基于$3C4480XARM7硬件平臺和／zC／OS—II軟件平臺開發(fā)出基于Zigbee技術(shù)的無線接力中繼器來快速建立一條無線通信鏈路，并通過搭載環(huán)境參數(shù)傳感器和紅外攝像頭的Zig-bee前端實(shí)現(xiàn)對井下目標(biāo)位置環(huán)境參數(shù)和視頻圖像的采集。重點(diǎn)介紹了該應(yīng)急救援無線通信系統(tǒng)的原理、硬件組成和軟件實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：SDR短距離無線通信；Zigbee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)急通信；低功耗一．中圖分類號：TD65+5．3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A隨著社會

3、對煤炭需求量的增大，煤礦產(chǎn)能的不斷提高，近年我國煤礦事故又有攀升趨勢，煤礦安全狀況令人擔(dān)憂。煤礦事故發(fā)生后，為了保證安全、不發(fā)生二次事故，煤礦井下電力供應(yīng)完全切斷，已有的各種通訊系統(tǒng)無法開啟。因此，為了能夠?qū)崟r了解到救援人員不能到達(dá)位置的具體狀況(如瓦斯?jié)舛?、H：S濃度、溫度等各種環(huán)境參數(shù)及巷道通風(fēng)情況)，需要能夠快速建立一套應(yīng)急通信鏈路來實(shí)現(xiàn)井下目標(biāo)位置環(huán)境參數(shù)遠(yuǎn)程采集，為救援決策提供科學(xué)參考。近年來由于無線通信技術(shù)的發(fā)展和煤礦信息化的要求，地面無線通信技術(shù)開始應(yīng)用于井下，其中井下小靈通PHS已經(jīng)成熟應(yīng)

4、用于井下話音及人員定位等服務(wù)。針對礦井有限空間特殊的無線電波傳播環(huán)境，以Zigbee為代表的SDR(ShortDistanceRadio，短距離無線通信)技術(shù)由于具備網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)簡單、發(fā)射功率低、低功耗、續(xù)航能力強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)煤礦本質(zhì)安全電路設(shè)計等特點(diǎn)，也開始在煤礦行業(yè)中得到應(yīng)用。礦井事故發(fā)生后，由于井下特殊環(huán)境，如具有易燃易爆瓦斯氣體、H：S等有毒氣體，所以建立的救援通信系統(tǒng)必須滿足以下要求：第1，由于事故發(fā)生后，井下大部分區(qū)域情況不明，因此該通信系統(tǒng)鏈路的建立應(yīng)該由機(jī)械來完成，并可以通過后方人員遠(yuǎn)程控制操作，

5、為救援中心提供前方敏感區(qū)域的實(shí)時信息；第2，該通信系統(tǒng)應(yīng)該具備足夠的網(wǎng)絡(luò)伸展能力；第3，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在采用蓄電池供電時，應(yīng)該具有1周左右持續(xù)工作能力，保證在整個救援過程中正常穩(wěn)定工作。．針對井下應(yīng)急通信系統(tǒng)的設(shè)計要求，文中提出了一種采用Zigbee技術(shù)的井下應(yīng)急無線通信系統(tǒng)，以滿足煤礦井下應(yīng)急通信的要求。1Zigbee技術(shù)Zigbee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802．15．4無線標(biāo)準(zhǔn)，是一個有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被稱作IEEE802．15．4(Zigbee)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Zigbee技術(shù)是一種

6、結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低速率、低成本和可靠性高的雙向無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使用的頻段為2．4GHz，868MHz(歐洲)及915MHz(美國)，均為免執(zhí)照頻段，主要適合于自動控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能?！な崭迦掌冢?007—12—20責(zé)任編輯：郭西山作者簡介：／6弋(1972一)，男，陜西涇陽人，博士，副教授，主要從事短距離無線通信技術(shù)及通信終端設(shè)計與應(yīng)用的研究．萬方數(shù)據(jù)118西安科技大學(xué)學(xué)報2007卑IEEE802．15．4滿足國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模式。完整的

7、Zigbee協(xié)議套件由高層應(yīng)用層、應(yīng)用會聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成。網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由Zigbee聯(lián)盟制定，IEEE802．15．4負(fù)責(zé)物理層和鏈路層標(biāo)準(zhǔn)?。協(xié)議框架如圖1所示。IEEE802．15．4定義了2個物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是2．4GHz物理層和868／915MHz物理層。它們都基于DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum，直接序列擴(kuò)頻)技術(shù)，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工I乍頻率、調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻碼片長度和傳輸速率。其中2．4GHz波段為全球統(tǒng)一的無需申請的I

8、SM頻段，有助于Zigbee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低，該頻段的物理層使用了16個信道、250kb／s的傳輸速率呤]。數(shù)據(jù)鏈路層分為邏輯鏈路控制子層(LLC)和介質(zhì)訪問控制子層(MAC)"’4J。網(wǎng)絡(luò)層采用基于adhoc技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議瞪]，支持3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星狀、網(wǎng)狀、叢樹狀。功能包括拓?fù)涔芾?、MAC管理、路由管理和安全管理。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的不同角色，可分為全功能設(shè)備(Full—FunctionDe-vice；FFD)與精簡功能