基于ZigBee的无线网络在煤矿中的应用

摘  要
为了保证我国现阶段煤矿通信的安全，通过分析煤矿中有线网络和ZigBee无线技术的优缺点，得出ZigBee无线技术具有功耗低、成本低、灵活性好的优势。根据煤矿中的具体环境，应用ZigBee技术设计了煤矿中通信的路由，规划了无线网络的拓扑结构，并进行了煤矿安全网络的硬件设计和系统集成。

关键词：煤矿井下通信,无线通信技术,ZigBee,系统集成, Underground coal mine communications,Wireless Communication Technology, Systems integration
 
ABSTRACT
China's coal mines at this stage in order to ensure the security of communication through the cable network of coal mines in the ZigBee wireless technology and the advantages and disadvantages that ZigBee wireless technology has low power consumption, low cost, flexibility, good advantage. According to coal mines in the specific environment and application of ZigBee technology in the design of a coal mine communications routing, planning a wireless network topology, and the coal mine safety network hardware design and system integration.

Key words: Underground coal mine communications; Wireless Communication Technology; ZigBee; Systems integration

ZigBee技术
ZigBee是由英国、美国、荷兰以及日本一些著名的公司于2002年联合推出的一种近距离、复杂度低、功耗低、数据速率低、成本低的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、传感、监控和远程控制等领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。
ZigBee联盟在制定ZigBee标准时，采用了IEEE802.15.4作为其物理层和媒体接入(MAC) 层，而IEEE802.15.4[8]工作组定义了一种廉价的供定、便携式移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。并且ZigBee能支持消耗功率最少，一般是个人活动空间(10m直径或更小)内的简单器件。ZigBee支持两种网络拓扑，即单跳星状和当通信线路超过10m的多跳对等拓扑。但是对等拓扑的逻辑结构由网络层定义。

煤矿井下具体的无线网络设计思想如下:
将ZigBee协调器放置在煤矿安全系统原有有线网络的智能终端出，以串口通信方式进行连接，这样可以提供ZigBee协调器充分的电源供应。协调器除了协调整个网络之外，还负责把数据转发给井口的数据绘节点，然后再根据现有网络把数据发送到地面系统。我们只研究井下的网络，所以井口以上的网络我们就不在这里介绍了。
在煤矿特定工作面进行挖掘工作的工作人员身上，我们把ZigBee终端放置给他们佩戴。这样方便了数据的一线采集，也有利于对人员位置信息的了解。
ZigBee终端设备是简化功能设备，它的特点是功能简单，功耗低，便于携带，可以长期使用，通过外挂不同的传感器，可以对有选择的采集想要得到的数据(如CO的浓度，CH4的浓度，井下工作面的温度等等)。同时为了更好的达到网络传输的效果，建议在每个工作组中，安排放置一个ZigBee路由器，这样更加有利于现场数据和协调器之间有效的数据交流。
考虑到煤矿工作的特殊性，在煤矿的日常工作中，会有一批巡视员对煤矿生产中出现的一些情况进行巡查。他们一般都会在各个工作面来回的穿梭，所以我们设计将ZigBee路由器放置在这些巡视人员的身上，在这些巡查人员进行巡视时，把一些数据传输到ZigBee协调器上，加大了数据传输的灵活性，方便了数据的无线传输，提供了灵活的无线组网方式，也建立了方便的无线路由，使得在一些突发事情出现时，可以将现场的数据最快地传输到地面监控中心。














目  录 19000字
摘  要 I
ABSTRACT I
引言 1
1 煤矿通信技术 1
1.1 我国煤矿安全现状 1
1.2 煤矿中信息传输方式现状 2
1.3 煤矿无线传输技术 2
2 无线通信技术 3
2.1 蓝牙技术 3
2.2 ZigBee技术 4
2.3 其他的无线传输技术 5
2.4 几种无线传输技术的比较 5
2.5 ZigBee无线通信协议 6
2.6 ZigBee网络拓扑结构 8
2.6.1 星型网络的形成 8
2.6.2 点对点网络的形成 9
3 煤矿井下ZigBee无线网络的设计 10
3.1 ZigBee的网络设备 10
3.2 煤矿井下无线网络的结构 10
4 煤矿井下ZigBee路由的建立 11
(毕业设计)
4.1 ZigBee路由请求命令帧 12
4.2 路由表建立 13
4.3 路由发现表 14
4.4 路由发现 17
4.4.1 启动路由发现 17
4.4.2 接收到路由请求命令帧 17
4.4.3 接收到路由应答命令帧 19
4.5 路由维护 20
5 煤矿安全网络系统设计与集成 21
5.1 硬件设计 21
5.2 煤矿安全系统集成 23
总  结 24
致  谢 25
参考文献 26