ZigBee在煤矿监控中的多功能传感器节点设计与实现

在通信与网络领域，本文探讨了基于ZigBee技术的煤矿综合监控系统的传感器节点设计。该系统利用无线传感器网络来提升井下环境监测和人员安全管理水平。关键组成部分包括井下的传感器节点、可能的路由器节点（此处未设专用路由，传感器节点兼有此功能）、协调器以及井上的监控设备和数据中心。 传感器节点是系统的核心组件，其功能要求十分严格。首先，它需具备多功能性，既要采集井下的关键环境参数，如甲烷、硫化氢、一氧化碳、温度、湿度和风速等，还要进行必要的气体检测和环境监控。此外，当节点被人员佩戴时，还需要收集人员的基本信息，如身高、体重、血型等，以及实时的身体状况数据。为了实现这些功能，传感器节点设计包含以下几个主要部分： 1.1 功能要求： - 传感器信号采集：包括各种有害气体浓度、温度、湿度等环境参数。 - 人员信息处理：获取佩戴者的身份识别和生理数据。 - 路由功能：由于没有独立的路由节点，传感器节点需自行进行数据转发，支持点对点和网状网络通信。 1.2 总体结构： 传感器节点采用模块化设计，主要包括传感器调理电路、A/D转换电路（将模拟信号转化为数字信号）、报警电路（检测异常并发出警报）、通用控制输出电路（执行控制指令）和电源电路（提供稳定的工作电压）。 2. 硬件电路设计： 选择的关键硬件是英国Jennic公司的JN5121无线模块，这是一款专为低功耗、低成本应用设计的微控制器，支持IEEE 802.15.4标准，具有32位RISC处理器、射频收发器、大容量内存，能够有效支持传感器网络通信和数据处理。JN5121模块的集成特性使得系统设计更为简洁，降低了整体成本。 基于ZigBee的煤矿综合监控系统传感器节点设计强调了功能集成和高效能，通过选用高性能的无线模块，确保了井下环境数据的实时传输和人员安全的精确监控。这一设计对于保障煤矿安全生产具有重要意义。