一种基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统.pdf

第28卷第2期北京工商大学学报(自然科学版)V01．28No．2

2010年3月JournalofBeijingTechnologyandBusinessUniversity(NaturalScienceEdition)Mar．201047

文章编号：1671．1513(2010)02-0047-03

一种基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统

宋楠楠，陈岩
(北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048)

摘要：提出了一种基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统，该系统不仅可以监测煤矿井下各
种环境情况，还可以采集矿工生命体征信息，并且还带有自主呼救功能，比现有的煤矿安全监控更
具可靠性和安全性．

关键词：煤矿；安全监控；无线传感器网络；节点；自主呼救
中图分类号：TP274．2文献标志码：A

井下的环境进行实时监测．
1煤矿安全监控系统发展现状与现有煤矿安全监控系统相比，本设计的监控
系统具有以下优势．
国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展
1)采用无线传感器网络，以无线的方式将传感
起来的，至今已有四代产品，基本5～10年更新一代
器采集到的数据发送到井口，运行和维护起来都很
产品，国内也先后研制开发出了一批具有世界先进
简易、方便．
水平的煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系
2)根据矿井巷道的实际情况和对矿井环境参
统．
数监测的具体需求，无线传感器网络可以采用人工
现有的煤矿安全监控系统虽然达到基本可用的
的方式进行灵活的配置．
水平，但是也存在不足和一些问题，主要包括以下几
3)本系统不仅可以采集环境参数，还可以采集
方面．1)采用有线网络，不仅成本高，而且安装和运
矿工生命体征信息．
行困难；2)功能只限于环境参数的检测和控制，不
4)在危险情况下，矿工可以启动节点的呼救功
能获取井下作业人员的考勤情况和身体状况；3)只
能系统进行求救．
能测量固定地方的环境参数，有测量盲区；4)传感
下面给出煤矿监控系统的具体方案．
器位置相对固定，无法检测目标位置移动的参数；
2．1监控系统总体架构
5)通信协议不完善，各厂家的接口不能很好地兼
如图l，整个安全监控系统由两个子系统，井下
容．
环境检测及数据采集子系统和井上集中智能化信息
因此，有线网络较难达到动态全方位监测，需要
管理子系统组成．井上集中智能化信息管理子系统
采用先进技术进行网络改造．
不是本文研究的重点，所以下文主要介绍井下环境
2煤矿安全监控系统检测及数据采集子系统．
井下子系统主要由RFD(reduced—functionde—
本文针对现有煤矿安全监控系统的问题，并结vice)传感器节点(矿工佩戴的终端便携式节点)、
合煤矿安全生产企业的技术要求和安全标准，提出FFD(full—functiondevice)节点(网关设备，矿井巷道
了一种基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统．内的固定节点)以及主协调器设备组成．针对井下
该系统结合了现代通信技术、计算机技术、网络技术环境的实际状况，RFD主要负责矿工生理特征参数
的优势，以一种灵活、方便的无线通信方式，对煤矿的采集，并通过无线通信的方式将数据发送到FFD．

收稿日期：2009—09—20
作者简介：宋楠楠(1984一)，女，辽宁铁岭人，硕士研究生，研究方向为无线传感器网络在煤矿中的应用；
陈岩(1963一)，女，甘肃兰州人，副教授，博士，主要从事嵌入式系统开发及无线传感器网络方面的研究
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化碳和二氧化碳等多种传感器，可在多种任务问进
行选择和切换，用来满足不同的任务需求．在设计
中加入RS232接口电路是为了方便FFD与PC机之
间的通信．

RS232接口电路lI报警模块lI多功能板

竺瓦斯传竺感器卜_微器H无篌
————_JL—一

能量管理模块(双电源供电)

图3FFD节点1殳计原理

Fig．3FFDnodedesignschematic
无线传感器网络在应用中存在的最大问题就是

图1安全监控系统不恿能量问题，一旦节点中的电池电量耗尽，节点就将退
Fig．1Safetymonitoringsystemindication出无线传感器网络，给工作带来巨大的不便．为此，
FFD由具备路由功能的节点组成，及时收集环境参RFD和FFD两种节点均采用低功耗芯片，尽量减少
数，并及时将收集到的各种数据上传到管理中心．能量的消耗．由于FFD是固定在巷道内的，所以
井下系统主要由无线网络将设备连接起来，实现可FFD设计中采用双电源供电．附近有电缆的FFD可
靠通信．以使用固定电源供电，当切断固定电源时，FFD自动
井上网络与井下网络通过传输接口装置实现电切换为电池供电．
气上的隔离，绝对保证了井下设备的电气安全．2．3节点的