傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦頂板壓力監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

　　近年來我國煤礦安全事故時有發(fā)生，安全形勢十分嚴(yán)峻。在采礦生產(chǎn)過程中最常發(fā)生的就是冒頂事故。冒頂是由于煤礦巖石的穩(wěn)定性差，當(dāng)強(qiáng)大的地壓傳遞在頂板或兩側(cè)時，使巖石遭受破壞而引發(fā)。為了預(yù)防冒頂事故的發(fā)生，應(yīng)該掌握礦井頂板壓力規(guī)律。通過實(shí)時監(jiān)測頂板壓力的變化，可以研究礦井頂板壓力的規(guī)律，從而采取預(yù)防措施，有效地防止事故的發(fā)生[1-2]。

　　由于煤礦綜采工作面的環(huán)境比較復(fù)雜，巷道內(nèi)有瓦斯、甲烷、煤塵等可燃性氣體，因此設(shè)備必須要防爆、防塵。同時采煤機(jī)等一般都是大功率的設(shè)備，在運(yùn)行和啟停過程中會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，因此，采用有線方式傳輸信號時，必須做好信號的屏蔽以及遠(yuǎn)距離傳輸信號的衰減等問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用2.4 GHz無線通信方式傳輸數(shù)據(jù)，無需復(fù)雜的布線，且系統(tǒng)具有極強(qiáng)的抗干擾性。因此，本系統(tǒng)采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)作為頂板壓力數(shù)據(jù)采集的終端，采用無線方式將數(shù)據(jù)傳送到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)采用有線通信方式將采集到的數(shù)據(jù)通過傳輸接口傳輸至地面的管理監(jiān)控站，實(shí)現(xiàn)頂板壓力的實(shí)時監(jiān)控。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[2-3]WSN（Wireless Sensor Net）是指在一定區(qū)域內(nèi)部署一定數(shù)量的具有無線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成能根據(jù)環(huán)境自主完成制定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間采用無線通信，通信距離很短，一般采用多跳（multi-hop）方式。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在獨(dú)立的環(huán)境下運(yùn)行，也可以通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使用戶遠(yuǎn)程訪問。WSN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動，網(wǎng)絡(luò)具有無中心、自組織以及動態(tài)拓?fù)浣M織功能等特點(diǎn)。

　　2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

　　傳感器節(jié)點(diǎn)（終端節(jié)點(diǎn)）是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本單元，具有數(shù)據(jù)采集、處理以及傳送等功能，本系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)采用TI公司的CC2430作為核心器件。

　　2.1 頂板壓力檢測傳感器

　　本系統(tǒng)采用GD-307型礦用頂板壓力傳感器，該傳感器是監(jiān)控礦井工作面的頂板壓力變化的專用儀表，能自動將工作面的頂板下沉轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備。GD-307輸入電壓為直流9 V~18 V，測量范圍為0~10 MPa，基本誤差為2%，輸出信號為1 mA～5 mA，傳輸距離1 500 m。

　　2.2 CC2430簡介

　　CC2430[4]是專門針對IEEE802。15。4和ZigBee應(yīng)用而設(shè)計(jì)的片上系統(tǒng)（SoC），可以構(gòu)成低成本的ZigBee節(jié)點(diǎn)。CC2430集成了領(lǐng)先的CC2420射頻（RF）收發(fā)器和增強(qiáng)的8051微處理器，32/64/128 KB的閃存以及業(yè)界領(lǐng)先的ZigBee協(xié)議棧。CC2430具有8路輸入8~14 bit模數(shù)轉(zhuǎn)換口，1個802。15。4媒體存取控制（MAC）定時器，一個通用16 bit和2個8 bit定時器，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能。