基于ZigBee的煤矿井下无线传感器节点设计

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y��$�D�ހ*+��L�$��axI37�^HS՘��E0��ױ��L�����3=-z��� ��{8�5���t�3}��4��?��i�3��E,��݊$@1D�91��^w�P3]u��i1.z�T� ��H�5�ɶ���uێ9�Ĺ�]y�i��i��i�Cf���"https://www.dg9.com.cn/k/cailiao/" target="_blank" class="keylink">材料的传感器，当二氧化锡处于洁净的空气中时，其导电率比较低，而当二氧化锡处于受污染的空气中时，其导电率与污染物的浓度成正比，如果在电路中串接一个电阻即可将导电率的变化转化成模拟电压的变化。MQ⁃2在上电后就会根据当前的环境信息输出模拟电压，需要STM32通过ADC通道对该电压进行采样，再通过单片机的ADC采样和换算，即可计算出空气污染物的气体浓度大小。此外，通过对二氧化锡进行掺杂，还可以使其呈现出对某种特定气体的敏感特性，从而制造出针对该气体的气敏传感器。特定的半导体气敏传感器在较宽的浓度范围内能对特定的气体有着良好的敏感性，同时驱动电路简单、寿命长、成本低。无线数据传输部分采用ZigBee，是无线传感器网络的新技术。它是一种低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。ZigBee射频模块发送工作于2.4 GHz ISM频段，提供250 Kb/s的数据速率，采用正交QPSK调制和直接序列扩频编码。射频模块主要完成节点间的数据发送与接收[6]。这里因为发送的数据量并不大也并没有进行频繁的发送数据，选择使用9 600 b/s的波特率进行数据的发送和接收，利用TTL转USB在电脑上位机进行ZigBee的初始化设置，设置为9 600 b/s波特率。并且开启STM32F4XX M4微处理器的DMA功能对数据进行自行的发送和接收处理。

3 节点软件设计

传感器节点是监测系统重要的组成部分，是各种环境参数的来源，其程序流程图如图3所示。由图3可知，首先是进行初始化：ARM 处理器初始化、射频模块初始化，加入到ZigBee 网络中，传感器电路进行初始化并开始采集各种环境参数，设置将处理过的数据通过ZigBee 网络无线发送到路由器。各个节点之间使用传输数据包的协议识别各自的ID避免信号重复或者冲突。为满足低功耗的设计要求软件使用定时器休眠定时唤醒方式返回数据。

4 传感器节点测试

以STM32F103C8T6作为系统的核心，每个传感器节点有3个模块。分别对有害气体、温度、风速进行实时监测，分别用甲烷、液化石油气、烟雾等污染源放置在环境监测传感器附近，然后，通过STM32系列单片机的仿真器J⁃Link与单片机相连接，根据不同的测试情况，系统也会有不同的反应，监测传感器能够十分迅速地检测出污染物，并同时在软件界面上记录污染物超标内容并向人们警告，检测效果良好。测量信息经过无线传输可以完成与另一个模块的相互数据传输，并且可以按照预定顺序进行轮流式的信息传递式，传感器检测节点将数据传送给汇聚节点，实现无线传感器网络与外部网络的通信，从而实现远程监控。确保传感器检测节点在井下安全、可靠地使用。实现了可靠的数据传送，并具有较好的低功耗和实时性。

5 结 语

本文依据煤矿井下的无线传感器网络节点低功耗、低成本，设计一种无线传感器网络通用节点，完成通用节点的软硬件平台的设计。节点采用ZigBee短距离无线技术，可以实现煤矿井下传感器网络中节点间的无线通信，适用于煤矿井下安全系统等领域，有一定的发展空间。所设计的节点不但成本低、功耗低、覆盖范围较远等，而且符合IEEE 802.15.4协议，还可以与其他符合标准的产品的互联， 通用性和可扩展性良好。本文在设计微型、廉价、能量有限的多功能传感器节点方面进行有益探索。

参考文献

[1] 韦文山，李海华.基于粗糙集理论的多传感器信息融合及其在机器人中的应用[J].煤炭技术，2011，30（3）：200⁃202.

[2] 李蓉.关于无线传感器网络在煤矿井下中的应用[J].煤炭技术，2011，30（11）：152⁃153.

[3] 刘贞贤，陈祥光，赫永霞.一种新型的传感器网络[J].现代电子技术，2013，36（16）：18⁃20.

[4] 王金翔.井下无线通信系统中GUI设计与实现[J].煤炭技术，2012，31（11）：169⁃171.

[5] 楊业华，曹志强.井下无线通信综述[J].通信与广播电视，1998（2）：10⁃16.

[6] 彭燕.基于ZigBee的无线传感器网络研究[J].现代电子技术，2011，34（5）：49⁃51.

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