煤矿瓦斯报警无线传感器网络节点设计与实现

　　温湿度传感器的数据通过DATA线直接读取，控制流程如下：用一组启动传输时序进行数据传输的初始化，然后发送一组测量命令(‘00000101’表示相对湿度，‘00000011’表示摄氏温度)后,释放DATA线，等待SHT11下拉DATA至低电平，表示测量结束，同时接收数据。

　　对于粉尘传感器模块，计算数据端口输出脉冲中低电平的占空比即可得到粉尘浓度。

　　3.2.2 无线收发程序

　　无线收发程序负责接收来自基站或其他节点的命令或数据，并发送本节点或转发其他节点的数据。首先进行CC1000的寄存器初始化配置，然后通过改变寄存器的值，进入待机、发送或接收模式。图5为无线收发的控制流程图。

　　3.2.3 液晶显示驱动程序

　　液晶显示器与单片机的接口协议为请求/应答(REQ/BUSY)握手方式。向模块发出一个完整的显示汉字的命令，包括坐标及汉字代码在内共需5个字节。

　　3.2.4 节点定位算法

　　采用基于接收信号强度指示(RSSI)定位算法[5]实现节点的精确定位：已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据收到信号的强度计算出信号的传播损耗，然后根据信号传播模型公式(1)将传输损耗转化为距离，再利用三边测量法计算出未知节点的位置。在实际定位中，要保证未知节点处于三个以上发射信号强度和位置坐标已知的参考节点的通信范围内，未知节点根据接收信号强度计算出信号的传播损耗，进而计算出节点位置。

　　PR(d)=PT-10nlog(d)-γ　　　　　　　　(1)

　　其中,PR(d)为接收信号强度(dBm)；PT为发送信号强度(dBm)；n为路径长度和传输损耗之间的比例因子；d为参考节点与未知节点之间的距离；γ为修正因子，根据经验进行修正。

　　瓦斯传感器网络节点系统能够通过无线传感器网络实现对井下温度、湿度、瓦斯和粉尘等参数和井下工作人员位置的实时监测，主要功能包括瓦斯浓度及温湿度检测、液晶显示、定位和无线收发等功能，可以实现瓦斯浓度4％以内的检测，且当持续半分钟检测到瓦斯浓度高于1％时，蜂鸣器发出报警信号。此外，根据煤矿的温湿度参数自动对瓦斯传感器校零，从而提高瓦斯浓度报警器的准确性。节点系统的LCD能够动态显示环境的温湿度和瓦斯浓度。无线模块可以把测到的瓦斯浓度和井下人员的位置信息发送到煤矿瓦斯监控的基站，再传送到总控中心，以便随时了解矿下瓦斯浓度和井下人员所处位置。该无线模块在室内环境下传输距离为20～30米，可以满足井下作业要求。节点系统稳定工作状态下的响应时间小于20秒，可满足实时监控要求。

　　随着无线传感器节点数目的增多、功能的进一步完善和监控管理平台的建立，本无线网络传感器系统将适用于各类气体以及人员位置监控的现代化管理，不仅能够进行安全监测、协助事故抢险救援，还能够用于人员调度、监控、考勤等，从而提高矿山的管理水平与工作效率。

　　参考文献

　　1 王满福.煤矿通信系统组网模式探讨.通信世界，2004；(14):46～47

　　2 任丰原，黄海宁，林 闯.无线传感器网络.软件学报，2003;14(7):1282～1291

　　3 曾 鹏，于海斌，梁 英. 分布式无线传感器网络体系结构及应用支撑技术研究. 信息与控制，2004;33(3):307～313

　　4 王汝琳.矿井瓦斯传感器的近代研究方法及方向.煤矿自动化，1998；(4)

　　5 孙利民，李建中，陈 渝等.无线传感器网络.北京：清华大学出版社，2005