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摘要：基于ZigBee技术的煤矿井下应急救援通信系统为煤矿井下生产环境的安全提供了保障，并能够做到在矿难发生时及时抢救受难人员，保证救援工作顺利进行。文章先简要概述了ZigBee技术的内涵及其特点，然后详细介绍了煤矿井下应急救援通信系统中ZigBee技术的应用，以供参考。
关键词：煤矿井下；应急通信系统；ZigBee技术；应用
引言
煤矿井下应急通信系统是综合了有线通信与无线通信技术，在煤矿井下实现对井下人员和矿车的位置信息的锁定，以及对井下各项环境参数进行不断地检测和检查，包括温度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度等，能够有效的预防灾害事故发生。以及在灾害发生后，根据现场环境的参数的分析和人员位置的掌握能够及时快速地实施救援工作，为矿井安全作业提高了安全保障。
1 ZigBee技术概述
Zigbee无线通信技术也叫作紫蜂技术，是根据蜜蜂在向自己的同伴发送信号时用肢体语言跳的Zigzag行舞蹈，来传达位置信息而来。在此之前ZigBee技术也被称作“Home RF”或者“fire Fly”无线电技术。ZigBee是一种可靠的无线数据传输网络，ZigBee的传播网络与移动网络的基站比较像，在无干扰的的理想环境中，其通讯距离可从标准的75m到数百米不等，并且支持无限扩展。
ZigBee技术是一种近距离、低功耗、复杂度低、低速率、低成本的双向无线通信技术。其工作频率有868/915/2400MHz，三个频段上的数据传输速率分别为20kbps、40kbps以及250kbps。ZigBee最显著的技术特点是低功耗，由于所有终端采集的ZigBee模块在未接收到指令之前一直处于体眠状态，还有较低的数据传输率和较低的工作频段，从整体上降低了它的功耗。ZigBee短距离无线通信技术主要适合于工业控制、传感和远程控制领域。ZigBee传感器节点采用多跳路由实现通信传输，数据在节点间通信过程中尽量消耗较少的能量。
2 ZigBee技术在煤矿井下应急救援通信系统中的应用
2.1 ZigBee技术在井下通信分站中的应用
井下通信分站是煤矿井下应急救援通信系统的主要通信环节，一方面负责接收和处理煤矿井下的监控信息，分站与井下ZigBee数据采集节点之间通过无线通信完成数据传输，分站作為主机，工作在查询方式，分站通过控制ZigBee协调器节点发送无线信号对区域节点参数进行检测，完成对监控信息的采集和存储。另一方面井下通信分站要实时的和地面监控指挥中心通信，主要通过“CAN总线+以太网”相结合的有线通信方式，实现井下数据传输到上位机。
通信分站作为煤矿井下应急救援通信系统的核心设备，硬件电路主要包括：存储器接口电路、电源电路、时钟电路、CAN转以太网接口电路、串口电路和ZigBee协调器电路以及JTAG接口电路等。通信分站不仅可以实现不同总线协议间的转化，提高系统的兼容性。还可以通过井下环境信息的采集，根据数据对井下环境进行检测。
ZigBee终端节点采集到的环境参数进行处理分析，经无线传输到ZigBee协调器，再通过串口通信和STM犯微处理器进行数据交换，最后将信息整合之后经以太网传输到上位机。
2.2 ZigBee无线通信终端采集节点方案设计
ZigBee终端设备可以由FFD（全功能设备）或者RFD（精简功能设备）担任。由于FFD不仅可以发送数据而且可以接收数据，还有路由的功能。所以终端采集节点采用全功能设备FFD构成。利用FFD的收发功能既可以作为终端环境参数采集节点，也可作为人员定位节点。将巷道环境信息经ZigBee节点传输，也可以通过路由器节点采用多跳传输将数据发送给协调器节点。也可以接收到人员身上的定位标签，进而实现人员定位。矿井救援需要采集众多的环境参数，如甲烷、氧气，co等气体含量等。应急救援通信系统的终端节点主要由声光报警、气体浓度和人员位置信息采集、电源模块等构成。终端参数采集节点的示意图如图1所示。
由ZigBee模块组成的终端采集节点，主要实现井下参数实时采集监测和人员定位功能。由于矿井发生灾难时首先要保证人员及矿车等的安全，所以要求ZigBee节点具有全功能的设备，完成对人员和矿车的定位要求，那就需要ZigBee终端节点既可以接收数据又可以发送数据。这样不仅可以实现模块的集成化，也可以实现功能的多样化，减少了终端节点的，使整个网络更稳定。
煤矿井下环境复杂多变，所以对传感器的选择和电路的排布有较高的要求，在选择芯片时必须要慎重考虑其安全防爆的问题。
2.3井下甲烷浓度采集流程
以甲烷传感器终端节点作为终端节点的代表，介绍环境参数采集与报警功能。将通信节点加入Zigbee无线网络。通常情况下，入网节点是处于睡眠状态，这样可以降低节点的电量消耗。通过软件设计使定时器每隔30s切换到唤醒模式，并采集10次环境参数，附近的节点会相对有30秒的采集延时。ZigBee节点才开始工作。甲烷采集程序流程图如图2所示。
利用ZigBee技术可以将煤矿井下应急救援系统采集到的甲烷模拟信号转换为数字信号，然后判断甲烷浓度是否会造成事故。如果检测到的甲烷浓度超过设定值则蜂鸣器会报警，并将数据通过无线传输至通信分站。当数据传输结束以后，节点重新休眠。
结束语
将ZigBee技术应用到煤矿井下应急救援通信系统中，实现了将收集到的ZigBee路由节点的数据进行分析处理后经以太网传输到上位机；当上位机需要检测某一区域的环境参数时，协调器节点就会发送相应的信标，从而唤醒正在体眠的路由器节点实现数据传输；通过传感器来实现环境参数采集，如温度、氧气浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度及人员位置等，并能够加载时间信息，经路由节点传输到井下通信分站。
参考文献：
[1]李磊，米楚明，张少杰.ZigBee无线传输技术在煤矿应急救援中的应用[J].陕西煤炭，2010，29（03）：81-83.
[2]严孝玲.基于ZigBee技术的煤矿井下应急救援通信系统研究[D].哈尔滨理工大学，2016.
[3]何顺德.基于Zigbee的矿井应急救援通信系统研究[D].太原理工大学，2014.
关键词：煤矿井下；应急通信系统；ZigBee技术；应用
引言
煤矿井下应急通信系统是综合了有线通信与无线通信技术，在煤矿井下实现对井下人员和矿车的位置信息的锁定，以及对井下各项环境参数进行不断地检测和检查，包括温度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度等，能够有效的预防灾害事故发生。以及在灾害发生后，根据现场环境的参数的分析和人员位置的掌握能够及时快速地实施救援工作，为矿井安全作业提高了安全保障。
1 ZigBee技术概述
Zigbee无线通信技术也叫作紫蜂技术，是根据蜜蜂在向自己的同伴发送信号时用肢体语言跳的Zigzag行舞蹈，来传达位置信息而来。在此之前ZigBee技术也被称作“Home RF”或者“fire Fly”无线电技术。ZigBee是一种可靠的无线数据传输网络，ZigBee的传播网络与移动网络的基站比较像，在无干扰的的理想环境中，其通讯距离可从标准的75m到数百米不等，并且支持无限扩展。
ZigBee技术是一种近距离、低功耗、复杂度低、低速率、低成本的双向无线通信技术。其工作频率有868/915/2400MHz，三个频段上的数据传输速率分别为20kbps、40kbps以及250kbps。ZigBee最显著的技术特点是低功耗，由于所有终端采集的ZigBee模块在未接收到指令之前一直处于体眠状态，还有较低的数据传输率和较低的工作频段，从整体上降低了它的功耗。ZigBee短距离无线通信技术主要适合于工业控制、传感和远程控制领域。ZigBee传感器节点采用多跳路由实现通信传输，数据在节点间通信过程中尽量消耗较少的能量。
2 ZigBee技术在煤矿井下应急救援通信系统中的应用
2.1 ZigBee技术在井下通信分站中的应用
井下通信分站是煤矿井下应急救援通信系统的主要通信环节，一方面负责接收和处理煤矿井下的监控信息，分站与井下ZigBee数据采集节点之间通过无线通信完成数据传输，分站作為主机，工作在查询方式，分站通过控制ZigBee协调器节点发送无线信号对区域节点参数进行检测，完成对监控信息的采集和存储。另一方面井下通信分站要实时的和地面监控指挥中心通信，主要通过“CAN总线+以太网”相结合的有线通信方式，实现井下数据传输到上位机。
通信分站作为煤矿井下应急救援通信系统的核心设备，硬件电路主要包括：存储器接口电路、电源电路、时钟电路、CAN转以太网接口电路、串口电路和ZigBee协调器电路以及JTAG接口电路等。通信分站不仅可以实现不同总线协议间的转化，提高系统的兼容性。还可以通过井下环境信息的采集，根据数据对井下环境进行检测。
ZigBee终端节点采集到的环境参数进行处理分析，经无线传输到ZigBee协调器，再通过串口通信和STM犯微处理器进行数据交换，最后将信息整合之后经以太网传输到上位机。
2.2 ZigBee无线通信终端采集节点方案设计
ZigBee终端设备可以由FFD（全功能设备）或者RFD（精简功能设备）担任。由于FFD不仅可以发送数据而且可以接收数据，还有路由的功能。所以终端采集节点采用全功能设备FFD构成。利用FFD的收发功能既可以作为终端环境参数采集节点，也可作为人员定位节点。将巷道环境信息经ZigBee节点传输，也可以通过路由器节点采用多跳传输将数据发送给协调器节点。也可以接收到人员身上的定位标签，进而实现人员定位。矿井救援需要采集众多的环境参数，如甲烷、氧气，co等气体含量等。应急救援通信系统的终端节点主要由声光报警、气体浓度和人员位置信息采集、电源模块等构成。终端参数采集节点的示意图如图1所示。
由ZigBee模块组成的终端采集节点，主要实现井下参数实时采集监测和人员定位功能。由于矿井发生灾难时首先要保证人员及矿车等的安全，所以要求ZigBee节点具有全功能的设备，完成对人员和矿车的定位要求，那就需要ZigBee终端节点既可以接收数据又可以发送数据。这样不仅可以实现模块的集成化，也可以实现功能的多样化，减少了终端节点的，使整个网络更稳定。
煤矿井下环境复杂多变，所以对传感器的选择和电路的排布有较高的要求，在选择芯片时必须要慎重考虑其安全防爆的问题。
2.3井下甲烷浓度采集流程
以甲烷传感器终端节点作为终端节点的代表，介绍环境参数采集与报警功能。将通信节点加入Zigbee无线网络。通常情况下，入网节点是处于睡眠状态，这样可以降低节点的电量消耗。通过软件设计使定时器每隔30s切换到唤醒模式，并采集10次环境参数，附近的节点会相对有30秒的采集延时。ZigBee节点才开始工作。甲烷采集程序流程图如图2所示。
利用ZigBee技术可以将煤矿井下应急救援系统采集到的甲烷模拟信号转换为数字信号，然后判断甲烷浓度是否会造成事故。如果检测到的甲烷浓度超过设定值则蜂鸣器会报警，并将数据通过无线传输至通信分站。当数据传输结束以后，节点重新休眠。
结束语
将ZigBee技术应用到煤矿井下应急救援通信系统中，实现了将收集到的ZigBee路由节点的数据进行分析处理后经以太网传输到上位机；当上位机需要检测某一区域的环境参数时，协调器节点就会发送相应的信标，从而唤醒正在体眠的路由器节点实现数据传输；通过传感器来实现环境参数采集，如温度、氧气浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度及人员位置等，并能够加载时间信息，经路由节点传输到井下通信分站。
参考文献：
[1]李磊，米楚明，张少杰.ZigBee无线传输技术在煤矿应急救援中的应用[J].陕西煤炭，2010，29（03）：81-83.
[2]严孝玲.基于ZigBee技术的煤矿井下应急救援通信系统研究[D].哈尔滨理工大学，2016.
[3]何顺德.基于Zigbee的矿井应急救援通信系统研究[D].太原理工大学，2014.