基于ZigBee通信的瓦斯监测系统设计

"基于ZigBee通信的瓦斯监测系统设计" 本文提出了一种基于ZigBee和MCU结构的井下无线通信瓦斯监测系统，该系统能够实时监测井下的瓦斯浓度，实现动态显示、分析及其他处理。系统由地面监控中心、井下ZigBee传输网络和瓦斯采集终端等组成。瓦斯采集终端采用的热催化元件检测瓦斯气体，通过建立的Mesh无线通信网络将数据进行中继传输，逐级路由最终到达地面监控中心。 1. 针对井下瓦斯监测的需求 井下瓦斯监测是煤矿安全生产的一个重要因素。由于煤矿开采深度和开采规模的加大，各项有线检测设备很难及时跟进，造成井下的实时环境数据难以及时传送到地面监控中心，特别是在突发灾难时各种有线通信设备几乎处于瘫痪状态，给救援工作带来极大困难。 2. 系统总体结构 系统总体结构图如图1所示，包括地面监控中心、井下ZigBee传输网络和瓦斯采集终端等。瓦斯采集终端对各采集点进行瓦斯采集，通过建立的Mesh无线通信网络将数据进行中继传输，逐级路由最终到达地面监控中心，实现动态显示、分析及其他处理。 3. 瓦斯监测系统的工作 瓦斯监测系统的工作主要包括：多组数据采集、数据处理、紧急处理和数据通信。系统以较高的采样率将传感器传送来的模拟信号通过A／D转换器转换成数字信号，并实时分析采集的多路传感器数据，对结果进行决策并规划执行序列。 4. 瓦斯采集终端设计 瓦斯采集终端采用的瓦斯传感器是热催化元件，检测原理用催化元件、补偿元件和桥臂电阻构成惠斯顿电桥。当遇到瓦斯气体时，瓦斯气体接触催化元件表面发生氧化反应，即"无焰燃烧"，产生大量的热量，使催化元件温度升高，阻值增大，电桥输出不平衡电压，即反映出被测瓦斯的浓度变化。 5. ZigBee无线通信设计 ZigBee无线通信设计主要采用IEEE 802.15.4标准，利用全球共用的公共频率2.4～2.484 GHz免执照频段进行通讯，工作在2.4 GHz频段上的最高传输速率为250 Kb／s，采用了0-QPSK调制方法。CC2420采用的直序扩频技术，保证了数据传输的可靠性。 6. 系统的优点 本系统的优点在于：能够实时监测井下的瓦斯浓度，实现动态显示、分析及其他处理；Mesh网络有效缩短了信息传输的延时，并提高了网络通信的可靠性；系统具备较高的波特率和稳定的无线通信功能，且与地面指挥监控中心的远程上位机保持井下采集数据的实时通信。 本文提出了一种基于ZigBee通信的瓦斯监测系统设计，该系统能够实时监测井下的瓦斯浓度，实现动态显示、分析及其他处理，为煤矿安全生产提供了重要的技术支持。