设计开发
基于无线传感器网络网
关技术的煤矿安全监测系统设计
赵晓彬
(开滦能源化工股份有服公司范各庄矿业分公司安全监测科河北唐山(063000)
数事投本与质用
摘要:针对爆矿企业安全监测系统,本文设计了无线传感器网络网关。首先，介绍了整个系统的架构图；其次对网关的硬件及软件设计的主要模块及器件进行了阐速,最后经过实验安模拟对本研究提出的网关进行测试,结果表明本研究设计的网关具有很好的可靠性及稳定性。本文的研究为煤矿安全监测系统的设计提出了新的解决方案。
关键词：无线传感器WSN网关煤矿安全监测系统
中图分类号：TP212.9
文献标识码:A
近些年来，计算机已经在各行各业得到了极其广泛地应用，以计算机为基础的各种新型技术也层出不穷。无线传感网络，即WSN 技术就是以计算机和ZigBee为基础的一种无线通讯技术，目前，各大矿企将该项技术初步应用于监测矿区的安全生产，形成了一种新型煤矿安全监测系统。本文拟设计一种嵌人式实时WSN网关，本研
究的设计能将ZigBeeWSN和以太网之间稳定的联接在一起。 1系统架构
本研究设计的煤矿安全系统架构如图1所示，图中详细的列出广WSN和Eehernet的链接方式。从图1可见，该系统是由并下和井上两个分支组成，井下的主要监测位置部署了多个传感器节点，这些节点间组成了无线Mesh网络，它们的主要功能是对井下的一氧化碳体积分数、氧气的含量、温度等环境数据以及生产状况进行监测，并将相关信息和数据传输到WSN网关节点，在此进行数据的分析、信息的融合处理、协议转换等，进而将重新封装后的数据信息传输到并上，井上存在功能强大的远程监控中心，其对检测到的数据进行进一步分析处理，随时监测并下的生产及环境状况，依据分析结果重新管理和配置并下的传感器节点，及时对监测任务做出重要调整，有效地保证井下工作人员的安全，监控矿区生产的整个过程，将
煤矿生产的危险性降低到最小。 2网关硬件设计
(1)结构概况。WSN网关的硬件结构主要有三部分组成，即为以太网控制器无线通信设备以及主控制器。以太网的控制器选用 ENC28J60，是因为该型号控制器的管脚精简，便于连接处理，选用的无线通信设备为射频收发芯片，型号为CC2420；主控制器主要指的是微控制器，选用的是MSP430系列，主要是其功耗低。(2)主控制器。煤矿井下的工作环境非常恶劣，而WSN网关正是处于这样的环境中工作，而且需要完成复杂的数据处理、信息融合、协议转换等任
电器并下排道！
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图1WSN与Eehernet连接架构图
收移日期：2015-11-18
文章编号：1007-9416(2016)01-0180-0)
务，为了保证处理后得到可靠安全及时的信息，必须对其硬件结构严格把关。WSN网关的核心部件是微控制器，其性能的好坏直接关系整个网关的性能，所以选用MSP430，其具有极强的稳定性以及低功耗的特性，满足网关的工作要求。(3)无线通信模块。上文中已经提到过，无线通信设备是CC2420射频收发芯片，其正常工作频段为2.4兆赫兹ISM，与标准IEEE802.15.4相符合，它的正常工作电流要求在20毫安之下，功耗非常低但是灵敏度非常高，在外围电路很少的情况下即可维持正常的通信功能。(4)以太网。以太网的控制器选用的是ENC28J60，其内部封存的引脚数为28个，其与MSP430 连接的桥染接口仍为SPI接口，传输速率达10Mbit/s。本研究设计的以太网接收过滤控制寄存器具有强大的智能辨别功能，能快速对数据包进行处理，这极大地降低了主控制器处理数据包的数量，这样
就从整体上提高了系统处理数据的能力和速度。 3网关软件设计
(1)结构概况。WSN网关软件的构建基础是微控制器平台移植，该平台服从ZigBee协议栈Zstack，在其中也融人了协议栈TCP/IP，只不过该协议是经过精简之后再整合进人系统的。由系统顶层至底层进行逐一介绍。顶层WGA集中了多个应用软件，服务对象为 ZigBeeWSN和以太网，WGAS为顶层提供服务，如收发以太网的数据，存取节点的信息等，WGTS的主要功能是为其上一层提供传输，转换服务；协议栈Zstack主要的功能是收发无线数据以及连接和管理ZigBee网络；协议栈TCP/IP的主要功能是数据收发以及完成对以太网的连接。(2)任务架构概况。系统中的硬件资源非常有限，而且WSN网关又要求系统具有较高的低功耗性、实时性、可靠性，因此本任务建构不再引人其他操作系统，仅在精简后的Zstack协议栈的基础上进行相应的延伸。系统非工作状态一直是处于低功耗的运作模式，当有事件需要处理时，则低消耗模式被中断及时处理事件，事件处理完毕后又再次转人低功耗状态。尚著在同一时闻有多个事件需要处理，系统会自动识别事件的优先等级，并依次做出准确处理。 4结语
本文设计的煤矿安全监测系统是以无线传感网络网关技术为基础，主要针对系统的核心部分WSN网关进行了具体设计，对硬件结构、元器件以及软件结构及任务架构进行了具体阐述，本设计的网关经过实验模拟，能很好地进行数据拟合及协议转换，表明其具
有很强的可靠性及稳定性，能应用于煤矿安全监测系统中。参考文献
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[2]金仁成王艳辉，王立鼎，高英明.无线传感器网络节点硬件平台设计[J].传感器与微系统.2006(12):56-58
作者简介：题晓彬(1987一),男，河北唐山人,本科,助理工程师,研究方向：自动化 80