矿井人员定位及瓦斯远程监控解决方案

矿井人员定位及瓦斯远程监控解决方案中国·河北石家庄亿邦科技有限公司ShiJiaZhuangInBandTechnologyCo.,Ltd.二○○八年三月共11页第2页石家庄亿邦科技有限公司目录一、概述..................................................................................................................................31.1项目背景....................................................................................................................31.2矿井人员定位系统现状............................................................................................3二、zigbee技术介绍...............................................................................................................42.1zigbee简介.................................................................................................................42.2zigbee技术特点.........................................................................................................42.3zigbee的技术优势.....................................................................................................52.4zigbee网络设备........................................................................................................5三、方案介绍...........................................................................................................................63.1总体介绍....................................................................................................................63.2网络结构图................................................................................................................63.3功能描述....................................................................................................................7四、数据采集终端设备（INDTU-051G/10）技术参数说明...............................................74.1INDTU工作原理图................................................................................................84.2产品特点....................................................................................................................8五、售后服务...........................................................................................................................95.1技术支持与服务.........................................................................................................95.2电话支持与服务......................................................................................................105.3现场维护服务..........................................................................................................105.4设备维修服务..........................................................................................................105.5人员培训..................................................................................................................10六、结束语..........................................................................................................................11共11页第3页石家庄亿邦科技有限公司一、概述1.1项目背景随着计算机和无线通信技术的发展，计算机、无线通信技术已经开始应用于矿井安全和生产监测，广泛涉及到计算机应用技术、无线通信技术、传感器技术、信息传输技术、电气防爆技术、应用化学技术、控制技术、光纤技术和嵌入式技术等多种技术。近些年来，国家非常重视煤矿安全生产工作，已颁布多项法规明确煤矿开采的必备条件，其中准确掌握井下人员的数量和位置、遇险后撤退路线、井下的环境监测情况等是十分重要的，也是十分紧迫的任务，即将成为煤矿开采的必备条件。基于上述需求，我公司开发了基于zigbee技术的煤矿井下人员无线定位及瓦斯远程监控系统。1.2矿井人员定位系统现状井下人员定位管理系统，目前国内已有多家公司推出相关产品，然而这些公司推出的产品主要是基于RFID(RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签)技术，发射采用133kHz无线信号，接收采用450MHz信号，该技术相对较为成熟，已广泛用于门禁系统的身份识别，其原理是利用无线信号的大功率能量激发身份卡，身份卡中无需电池，利用接收到的无线信号能量来进行信号的应答，其优点在于体积小，重量轻便于携带。而此技术在井下人员定位系统中进行应用时存在通信距离短，目前所能达到的指标为9in，无线基站发射功率大，15w以上，不利于井下安全，同时存在多人同时通过无线基站时存在漏卡现象，更无法实现井下无线信号的全覆盖和人员的精确定位，只能用于简单的人员考勤管理，并且在进入煤矿时还必须分散分批进入，使用效果不佳。基于ZigBee技术的煤矿井下无线网络通信系统成功解决上述问题。共11页第4页石家庄亿邦科技有限公司二、zigbee技术介绍2.1zigbee简介ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，完整的协议栈只有32KB，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。这些特点决定ZigBee技术非常适合应用在无线传感器网络中。与现有的各种无线通信技术相比，ZigBee技术在功耗和成本上相对较低，有很大的优势。本文研究设计的矿井人员定位及瓦斯无线监测系统就是基于ZigBee技术的无线传感器网络，用于实时定位井下人员的位置及监测矿井空气中的瓦斯浓度，实现系统的可靠性、便于安装性、低成本、节能和实际可行性，从而给煤矿生产工作的顺利进行提供一定的保障，为矿井的防灾、减灾以及提高生产效率方面发挥一定的作用。2.2zigbee技术特点◇物理层RF通信链接直序扩频采用高处理增益；明晰的信道检测；对干扰能量进行检测；采用跳频技术Frequencyagility；◇协议基于CRC的误码检测/校正；采取了避免冲突的策略CSMA/CA；为固定带宽的通信业务预留了专用的有保证的时隙；发送的数据包都有待于接受方的确认，如出现问题进行重发；保持数据包的及时传输Packetdatafreshness；◇通信可靠机制zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；明晰的信道检测；MAC层采用了完全确认的数共11页第5页石家庄亿邦科技有限公司据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。◇网络的自组织、自愈能力强zigbee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；zigbee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。2.3zigbee的技术优势◇数据传输速率低：10KB/秒~250KB/秒，专注于低传输应用◇功耗低：在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用6~24个月；◇成本低：ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本；◇网络容量大：网络可容纳65,000个设备；◇时延短：典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。◇网络的自组织、自愈能力强，通信可靠；◇数据安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法（美国新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一）,各个应用可灵活确定其安全属性◇工作频段灵活：使用频段为2.4GHz、868MHz（欧洲）和915MHz（美国），均为免执照（免费）的频段2.4zigbee网络设备◇网络协调器：包含所有的网络消息，是3种设备类型中最复杂的一种，存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。◇全功能设备(FFD)：可以担任网络协调者，形成网络，让其它的FFD或是精简功能装置（RFD）连结，FFD具备控制器的功能，可提供信息双向传输。•附带由标准指定的全部802.15.4功能和所有特征•更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。•也能用作终端设备共11页第6页石家庄亿邦科技有限公司◇精简功能设备(RFD)：RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。•附带有限的功能来控制成本和复杂性•在网络中通常用作终端设备。•ZigBee相对简单的实现自然节省了费用。RFD由于省掉了内存和其他电路，降低了ZigBee部件的成本，而简单的8位处理器和小协议栈也有助于降低成本。三、方案介绍3.1总体介绍本系统是由多个自给供电