基于ZigBee技术的煤矿井下人员定位考勤系统的设计

图2 井下人员定位考勤系统连接示意图

2．1 各组成部分主要性能 

    (1)信息处理平台。主要负责各网络传输节点所发信息的存储，并能对信息进行分析处理和显示，将信息以网络形式供其它有权限的成员查阅。
    (2)无线基站。实现对标识卡数据的采集并通过有线和无线两种方式将信息发送给信息处理平台，同时承载其它无线基站数据信息的中继转发功能。
    (3)标识卡。主要是通过定时向系统发信号进行注册，来实现人员的定位。
    (4)RS232／RS485隔离转换器。此模块完成RS232总线与RS485总线的转换，在功能上作为井上信息处理中心与井下无线基站之间的数据传输通道。
    (5)电源。对无线基站进行供电，将井下非本安高压交流电转换成系统所需的本安低压直流电，并能够在断电情况下自动使用蓄电池进行供电，在通电情况下自动给蓄电池进行充电。 

2．2 系统的通信组网方式 

    目前系统的组网方式其它厂商主要采用的是RS485总线方式，由于采用此方式在一对总线上挂过多的节点会影响通信距离，因此其网络节点数和通信距离均有限。本项目通信组网方式采用zigbee通信技术。其通信链路的建立在链路层协议中已经得到了保证，并且可实现自动组网和通信数据的逐级转发。数据采用突发冲撞模式带路由功能，可容纳较多的节点数。因此当采用信号的全覆盖方式需较多的节点数和中继功能时，采用zigbee通信方式才能实现。但系统的物理层协议使用的是2．4G扩频通信方式，此技术虽然在相同的发射功率和接收灵敏度的前提下可以传输较远的通信距离，并且抗干扰能力较强，但信号的穿透力和绕射能力不够，井下环境复杂，所有区域不可能均是直线可视的，在一个通信节点发生故障时有可能导致一段区域的通信全部中断。针对这一问题采取3种方式提高其通信可靠性。

    (1)所有通信节点要保证能与上下4个节点进行通信，当任意1 个发生故障时，可跳过这一节点与下1个节点直接通信，目前网络传输模块通信距离为400～500 In，因此在布置节点时应在200 In左右布置1个节点。
    (2)整个系统通信网应该尽量布成一个环网(按通风回路布置)，当某一段出现塌方，无线信号无法通过时可从另一端继续与系统保持通信。
    (3)对于井下采掘区地形复杂，无线信号无法跨节点级连和形成通信回路，可利用网络传输模块的RS485总线与系统相连，提高系统通信的可靠性，当出现塌方时，只要通信电缆未断，仍可与系统保持通信链路的畅通。这可能成为被困人员的救命线。 

3 结束语 

    基于Zigbee技术的矿井内人员无线定位考勤系统的设计和研究，采用最新的无线通信技术，利用无线基站对每个矿工所持身份卡信号的采集达到人员定位的目的，实现了井下人员的精确定位和考勤，不仅在井下发生事故时可起到重要作用，而且可用于日常的管理，提供了较多的实用功能，比较适合煤矿企业的需求，具有较好的市场前景。此系统的研究目前在国内处于领先水平。

作者简介：谭文群(1968-)，女，硕士研究生，江西吉安人，副高，从事电子、通信领域的教学理论研究。

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