基于无线传感器网络的矿用瓦斯监控系统(2)

基于无线传感器网络的所有设计

科研设计成果

线传感器网络系统方案。与传统的监控系统相比,该系统具有结构灵活、可扩展性强、测量准确等特点。关键词:无线传感器网络;瓦斯监测;传感器节点;ATmega128中图分类号:TP29 文献标识码:A

仪器仪表用户

2.1.2 传感器节点硬件组成

1)传感器模块

传感器节点中传感器模块实现的功能是对矿井内的瓦斯浓度进行采集并将采集的信息经处理后传送给控制器模块,节点的能量来源于干电池,因此,传感器节点的传感器选择在考虑成本等条件的前提下还需要考虑体积和功耗等因素。

2)控制器模块

控制器在整个节点硬件中起着核心的作用,它将传感器采集的数据进行处理并控制无线通信模块发射出去。本系统选择了低功耗的ATmega128单片机芯片。

3)无线通信模块

无线通信模块在整个节点中所起的作用是将控制器处理后的信号发送出去,并接收其他节点发送过来的信号。本系统选择了CC2420无线收发芯片。2.2 汇聚节点硬件设计

汇聚节点由四个子功能模块组成,分别为无线通信模块、控制器模块、232通信模块和电源模块。网络内的传感器节点负责将采集到的瓦斯浓度信息按照一定的路由进行无线传递,最后传递给汇聚节点,汇聚节点负责将瓦斯浓度信息进行处理,将得到的信息存储在规定的存储空间中,并通过232接口发送给上位机软件进行实时控制。上位机软件也可以将所发送的命令通过232接口传递给汇聚节点,然后由汇聚节点按照一定的路由将该命令发布出去。由于汇聚节点是固定在人员较易达到的地方,可采用主干线路电源,因此,不用刻意的考虑功耗及体积因素,

汇聚节点硬件组成:1)无线通信模块

同移动节点无线通信模块。2)控制器模块

同移动节点控制器模块设计。3)232通信模块

汇聚节点将经过处理的瓦斯浓度信息通过232接口传输给上位机,从而实现上位机对矿井瓦斯浓度的实时监控。如果瓦斯浓度超过安全值,井上工作人员可以通过上位机软件发布命令,通过232接口将命令传递给汇聚节点,然后由汇聚节点通过无线通信的方式按照一定的路由传递给各个传感器节点,根据传感器节点做出的反应,可以告知井下工作人员采取一定的安全保护措施,从而避免了人员的伤亡。

Acoalminegasinspectsystembased

onwirelesssensornetwork

SUNZhen we,iWANGChun yan

(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering,HeNanQualityPolytechnic,Pingdingshan467000,China)Abstrac:tBasedonwirelessnettechnology,anewwirelesssensornetworkwhichwasappliedinmonitoringthecollieryenvironmentwasintroduced.ThisdesigntookATmega128asthecentralcontroller,CC2420astheradiouni.tThisnetworkadoptedamaster slaverela ccordingonthefeatureofwirelesssensornetworkandtheparticularityofmonitoringenviron men,paredwithconventionalmonitoringsystem,thissystemischaracterizesbystructuralflexibility,eywords:wirelesssensornetwork;gasmonitoring;sensornode;ATmega128

0 引言

目前煤矿环境监控系统多采用有线和固定传感器组成的网络,由于工作面的不断推进,存在着监测盲区。无线传感器网络采用无线通信手段,可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域、一些临时场合和一些工作地点经常变换的区域等。因为无线传感器网络不需要任何固定网络的支持,具有快速展开、抗毁性强等特点。本文设计了一个适合在矿区运用的低功耗无线传感器网络,对节点的软、硬件设计做了重点介绍。

1 系统总体方案设计

煤矿瓦斯监控系统可分为两个子系统,分别为采集与传输系统(井下部分)和监测与管理系统(地面部分)。采集与传输系统实现对于煤矿矿井内瓦斯数据的采集与传输功能;监测与管理系统实现的功能是对采集与传输系统采集的数据进行分析处理,并根据实时监测数据所显示的需求对矿井内的执行器件发出相应的控制命令。在采集与传输系统及监测与管理系统之间会存在一个无线传感器网络的汇聚节点,该节点的作用是实现两个系统之间的数据传输,相当于两个系统之间的一个网关节点。

3 节点软件设计

3.1 瓦斯数据采集模块软件设计

瓦斯数据采集模块主要分为两个子模块:瓦斯数据的采集模块和处理模块。在数据采集模块中,首先按功能需求对单片机进行初始化,并对采集的数据进行完整性校验,然后将采集数据存入指定存储空间。使用中断方式唤醒时,只需将信号控制引脚接在单片机中断引脚上,即可实现中断唤醒的功能。A/D转换功能可直接通过内部A/D转换模块实现。瓦斯数据处理模块主要实现采集数据的滤波、格式变换、根据阈值判断瓦斯传感器是否失效或瓦斯是否超限、根据判断结果设置状态显示或声光报警等功能。

3.2 瓦斯数据传输模块软件设计

首先要对设备进行初始化,然后对传输数据包进行准备,再对数据传输的路由通路进行选择,数据选择后等待数据发送应答,收到应答后进行发送。3.2.1 物理层

物理层协议实现的主要功能是:

1)对于无线收发设备的激活与休眠状态的转换;2)对于当前信道的能量探测;

ttpecn

2 节点硬件设计

2.1 传感器节点硬件设计

2.1.1 传感器节点硬件组成结构图

它由四个子功能模块组成,分别为传感器模块、控制器模块、无线通信模块和电源模块。

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