煤礦瓦斯報(bào)警無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)DATA線直接讀取，控制流程如下：用一組啟動(dòng)傳輸時(shí)序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某跏蓟?，然后發(fā)送一組測(cè)量命令(‘00000101’表示相對(duì)濕度，‘00000011’表示攝氏溫度)后,釋放DATA線，等待SHT11下拉DATA至低電平，表示測(cè)量結(jié)束，同時(shí)接收數(shù)據(jù)。

　　對(duì)于粉塵傳感器模塊，計(jì)算數(shù)據(jù)端口輸出脈沖中低電平的占空比即可得到粉塵濃度。

　　3.2.2 無(wú)線收發(fā)程序

　　無(wú)線收發(fā)程序負(fù)責(zé)接收來(lái)自基站或其他節(jié)點(diǎn)的命令或數(shù)據(jù)，并發(fā)送本節(jié)點(diǎn)或轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。首先進(jìn)行CC1000的寄存器初始化配置，然后通過(guò)改變寄存器的值，進(jìn)入待機(jī)、發(fā)送或接收模式。圖5為無(wú)線收發(fā)的控制流程圖。

　　3.2.3 液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序

　　液晶顯示器與單片機(jī)的接口協(xié)議為請(qǐng)求/應(yīng)答(REQ/BUSY)握手方式。向模塊發(fā)出一個(gè)完整的顯示漢字的命令，包括坐標(biāo)及漢字代碼在內(nèi)共需5個(gè)字節(jié)。

　　3.2.4 節(jié)點(diǎn)定位算法

　　采用基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)定位算法[5]實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的精確定位：已知發(fā)射節(jié)點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算出信號(hào)的傳播損耗，然后根據(jù)信號(hào)傳播模型公式(1)將傳輸損耗轉(zhuǎn)化為距離，再利用三邊測(cè)量法計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)的位置。在實(shí)際定位中，要保證未知節(jié)點(diǎn)處于三個(gè)以上發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和位置坐標(biāo)已知的參考節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)，未知節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出信號(hào)的傳播損耗，進(jìn)而計(jì)算出節(jié)點(diǎn)位置。

　　PR(d)=PT-10nlog(d)-γ　　　　　　　　(1)

　　其中,PR(d)為接收信號(hào)強(qiáng)度(dBm)；PT為發(fā)送信號(hào)強(qiáng)度(dBm)；n為路徑長(zhǎng)度和傳輸損耗之間的比例因子；d為參考節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)之間的距離；γ為修正因子，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。

　　瓦斯傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)能夠通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)井下溫度、濕度、瓦斯和粉塵等參數(shù)和井下工作人員位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要功能包括瓦斯?jié)舛燃皽貪穸葯z測(cè)、液晶顯示、定位和無(wú)線收發(fā)等功能，可以實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛?％以?xún)?nèi)的檢測(cè)，且當(dāng)持續(xù)半分鐘檢測(cè)到瓦斯?jié)舛雀哂?％時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此外，根據(jù)煤礦的溫濕度參數(shù)自動(dòng)對(duì)瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯?jié)舛葓?bào)警器的準(zhǔn)確性。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的LCD能夠動(dòng)態(tài)顯示環(huán)境的溫濕度和瓦斯?jié)舛?。無(wú)線模塊可以把測(cè)到的瓦斯?jié)舛群途氯藛T的位置信息發(fā)送到煤礦瓦斯監(jiān)控的基站，再傳送到總控中心，以便隨時(shí)了解礦下瓦斯?jié)舛群途氯藛T所處位置。該無(wú)線模塊在室內(nèi)環(huán)境下傳輸距離為20～30米，可以滿(mǎn)足井下作業(yè)要求。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定工作狀態(tài)下的響應(yīng)時(shí)間小于20秒，可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。

　　隨著無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增多、功能的進(jìn)一步完善和監(jiān)控管理平臺(tái)的建立，本無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器系統(tǒng)將適用于各類(lèi)氣體以及人員位置監(jiān)控的現(xiàn)代化管理，不僅能夠進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)、協(xié)助事故搶險(xiǎn)救援，還能夠用于人員調(diào)度、監(jiān)控、考勤等，從而提高礦山的管理水平與工作效率。

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