煤礦瓦斯報警無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)

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

　　對于粉塵傳感器模塊，計算數(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 無線收發(fā)程序

　　無線收發(fā)程序負責接收來自基站或其他節(jié)點的命令或數(shù)據(jù)，并發(fā)送本節(jié)點或轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點的數(shù)據(jù)。首先進行CC1000的寄存器初始化配置，然后通過改變寄存器的值，進入待機、發(fā)送或接收模式。圖5為無線收發(fā)的控制流程圖。

　　3.2.3 液晶顯示驅(qū)動程序

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

　　3.2.4 節(jié)點定位算法

　　采用基于接收信號強度指示(RSSI)定位算法[5]實現(xiàn)節(jié)點的精確定位：已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號強度，接收節(jié)點根據(jù)收到信號的強度計算出信號的傳播損耗，然后根據(jù)信號傳播模型公式(1)將傳輸損耗轉(zhuǎn)化為距離，再利用三邊測量法計算出未知節(jié)點的位置。在實際定位中，要保證未知節(jié)點處于三個以上發(fā)射信號強度和位置坐標已知的參考節(jié)點的通信范圍內(nèi)，未知節(jié)點根據(jù)接收信號強度計算出信號的傳播損耗，進而計算出節(jié)點位置。

　　PR(d)=PT-10nlog(d)-γ　　　　　　　　(1)

　　其中,PR(d)為接收信號強度(dBm)；PT為發(fā)送信號強度(dBm)；n為路徑長度和傳輸損耗之間的比例因子；d為參考節(jié)點與未知節(jié)點之間的距離；γ為修正因子，根據(jù)經(jīng)驗進行修正。

　　瓦斯傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點系統(tǒng)能夠通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對井下溫度、濕度、瓦斯和粉塵等參數(shù)和井下工作人員位置的實時監(jiān)測，主要功能包括瓦斯?jié)舛燃皽貪穸葯z測、液晶顯示、定位和無線收發(fā)等功能，可以實現(xiàn)瓦斯?jié)舛?％以內(nèi)的檢測，且當持續(xù)半分鐘檢測到瓦斯?jié)舛雀哂?％時，蜂鳴器發(fā)出報警信號。此外，根據(jù)煤礦的溫濕度參數(shù)自動對瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯?jié)舛葓缶鞯臏蚀_性。節(jié)點系統(tǒng)的LCD能夠動態(tài)顯示環(huán)境的溫濕度和瓦斯?jié)舛?。無線模塊可以把測到的瓦斯?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，以便隨時了解礦下瓦斯?jié)舛群途氯藛T所處位置。該無線模塊在室內(nèi)環(huán)境下傳輸距離為20～30米，可以滿足井下作業(yè)要求。節(jié)點系統(tǒng)穩(wěn)定工作狀態(tài)下的響應(yīng)時間小于20秒，可滿足實時監(jiān)控要求。

　　隨著無線傳感器節(jié)點數(shù)目的增多、功能的進一步完善和監(jiān)控管理平臺的建立，本無線網(wǎng)絡(luò)傳感器系統(tǒng)將適用于各類氣體以及人員位置監(jiān)控的現(xiàn)代化管理，不僅能夠進行安全監(jiān)測、協(xié)助事故搶險救援，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。

　　參考文獻

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