煤炭位居当今世界最重要的三大能源之首。我国虽然是一个产煤大国,可同时也是一个矿难发生相当频繁的国家。这主要是因为我国煤矿开采环境复杂、自然灾害严重、煤企生产力水平相对偏低、安全生产基础薄弱,由此造成煤企生产与安全的突出矛盾,特大事故时有发生。随着国民经济对能源的需求不断增加,我国也在逐年扩大煤炭的开采规模、提高开采的速度,但是盲目的提高生产效率,却不重视安全隐患导致了我国煤矿安全事故的频频发生,造成了巨大的损失。由此可见,煤矿行业依然是我国安全生产事故频发的重点行业,安全生产的形势相当的严峻。因此,确保矿井工作环境的安全是煤矿工业的重中之重。目前,我国现有的矿井安全检测系统大多采用有线传输方式进行监测,通常采用的技术途径是有源RFID结合工业总线等有线的通讯方式。然而,有线连接方式,由于布线困难、维护复杂、监测点少而使效果有限。如果将瓦斯浓度的测量和WSN相结合,发挥WSN的架网简单、数据自动路由、功耗极低、节点增删容易等优点来构建数量众多的监测点以实现实时检测,那么,现有有线连接方式所存在的所有问题就可以得到圆满的解决。本课题就是基于以上的分析,提出了基于ZigBee和以太网的矿井安全检测系统的总体解决方案,介绍了ZigBee协议栈和网络构建及瓦斯浓度检测方法；详细论述了ZigBee协调器节点、路由器节点及终端节点的软硬件设计；描述了节点接入网络的工作过程；设计了ZigBee协议和以太网相互转换并与上位机通讯及基于LabVIEW的上位机监控软件,并结合实际环境建立了簇-树型ZigBee网络。综合各种因素,本设计ZigBee网络中的节点采用TI公司生产的单芯片实现方案CC2430。利用终端节点的传感器采集到瓦斯浓度信号,经由路由器节点传输到协调器接点,通过协调器节点转换到以太网上送达到上位机监控软件,完成瓦斯浓度的实时监控。一旦瓦斯浓度超标,终端节点的语音报警系统便以语音方式报警,提醒矿下工作人员撤离。经过实验室系统性能测试实验,本文所设计的系统能够完成系统设计的要求,对矿下瓦斯实时监控具有一定的理论和实际意义。基于ZigBee和以太网的矿井安全检测系统能够完美的解决有线方式检测系统所存在的所有问题。节点均选用标准化设计,功耗低、可靠性高、组网灵活、开放性好,便于推广应用。
