中国能源需求的67%来自煤炭,近年来煤矿开采造成的各种煤矿事故仍然高居不下,给国家和人民生命财产造成巨大损失。为了满足国民经济高速发展的需要,煤矿安全正成为全国工业安全生产工作的重中之重。目前传统的RFID技术有效作用距离很短,如何解决井下无线通信距离受限这一瓶颈问题,将井下的温度、湿度、瓦斯气体浓度及时有效地传输到地面的监测系统是现阶段煤矿安全监测面临的巨大挑战。努力发展无线传感器网络在煤矿开采行业中的应用,从而有效地检测潜在的危险以及在事故发生之后做好应急处理的工作将成为未来煤矿开采行业的整体布局重点。本文从体系角度阐述了无线传感器网络的关键技术,重点介绍了一种针对煤矿井下温度、湿度和瓦斯气体浓度监测的全新的无线传感器网络的体系设计及节点的硬件和软件设计及实现。硬件设计主要包括便携式传感器节点设计和基站传感器节点设计:便携式传感器节点包括了瓦斯传感器应用电路设计,温湿度传感器应用电路设计,电池电源和电压检测电路设计,声光振动报警电路设计,LCD显示电路设计;基站传感器节点主要包括RS485工业总线电路设计以及外部传感器节点设计。软件设计包括温度、湿度和瓦斯气体浓度的采集,节点间的通信等。此外,本文实现了基于IEEE802.15.4/ZigBee标准的无线通信网络的设计,同时对所构成的无线传感器网络进行了实验及数据分析。本设计作为中科院深圳先进技术研究院的立项项目,实现了煤矿井下温度、湿度和瓦斯气体浓度的采集和传输,完成了无线传感器网络在国民安全生产中的应用,达到了煤矿安全监测的目标,具有创新性和实用性,对无线传感器网络在国民生活中的进一步应用以及煤矿安全监测系统方案的设计具有重要现实意义。