0引言

在近幾年，無線通信網(wǎng)絡(luò)得到了很快的發(fā)展，從蜂窩語音式的電話發(fā)展到無線家用網(wǎng)絡(luò)。由于無線網(wǎng)絡(luò)的到來，人們的生活受到了深刻的影響。在無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的今天，煤礦安全問題是任然存在，而且長期存在，特別是瓦斯爆炸事故。對于瓦斯報(bào)警燈，它是礦工個體防護(hù)的有效設(shè)備，它能夠隨時監(jiān)測到井下瓦斯的濃度情況，只要井下的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到報(bào)警臨界線，便會提醒相關(guān)工作人員采取安全措施，以保證工人的人生安全。由于之前很多礦井設(shè)備都很難及時的得到井下瓦斯?jié)舛鹊臓顩r，因此本文提出一種將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與瓦斯監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，可以達(dá)到很好的效果，從而解決了以前出現(xiàn)的各種問題。

1無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊

在本文中，無線通信模塊中的收發(fā)芯片選用CC2420芯片，另外還有還有高頻天線電路及單端鞭裝天線組成整個無線通信模塊。單片機(jī)選用PIC18系列的。其中CC2420芯片可以實(shí)現(xiàn)ZiBee協(xié)議的媒體訪問控制器（MAC）層及物理層，擁有65000個節(jié)點(diǎn)通道并可供隨時設(shè)計(jì)者擴(kuò)充，以及低耗電、250kpbs傳輸速率、快速喚醒時(<30ms)、CSMA-CA通道狀態(tài)偵測等特性。CC2420僅僅要求非常少的器件構(gòu)成外圍電路見圖1，由微控制器接口、射頻輸入/輸出匹配電路和時鐘電路三個構(gòu)成外圍電路。而且它的本振信號可有內(nèi)部電路提供，也可以有外部電源提供。當(dāng)電源有內(nèi)部電路提供時需外加兩個負(fù)載電容以及晶體振蕩器，其中負(fù)載電容的取值與晶體振蕩器的振蕩頻率有關(guān)。射頻輸入射出匹配電路的主要功能是匹配芯片的輸入輸出阻抗。設(shè)置工作模式可以通過CC2420，用四線的SPI（SO,SI.CSn.SCLK）總線，并實(shí)現(xiàn)讀／寫狀態(tài)寄存器、讀／寫緩存數(shù)據(jù)。

2多功能報(bào)警礦燈的設(shè)計(jì)

多功能燈擁有及時監(jiān)測工作地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛龋拖喈?dāng)于在井下的工作人員每人都攜帶1臺瓦斯檢測儀，并且當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^限制時可進(jìn)行聲光同時報(bào)警，不僅提醒工作人員危險(xiǎn)并顯示瓦斯?jié)舛龋c此同時礦燈上的無線發(fā)射模塊可以發(fā)出瓦斯?jié)舛瘸扌盘枺喈?dāng)于許多可以移動的瓦斯監(jiān)測探頭被設(shè)置在井下了，這種超限信號將會由無線信號接收裝置進(jìn)行接收并經(jīng)過有線傳輸直至地面上方的監(jiān)控中心，這時監(jiān)控中心的工作人員便可以根據(jù)接收裝置所接收到的信息判斷超限具體位置，并且可以根據(jù)反饋來的信息就是礦燈編號判斷工作人員的信息。

2.1礦燈的硬件設(shè)計(jì)

由于燈帽體積和重量是有一定的要求，所以將瓦斯傳感器放置于燈帽上，無線通信模塊、天線和報(bào)警電路等都固定于電池盒內(nèi)，這樣的話就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)及電源與礦燈共用。整個系統(tǒng)的組成原理如圖2所示。

2．2礦燈的瓦斯檢測模塊

模擬放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和瓦斯傳感器組成了一套完整的瓦斯檢測模塊。瓦斯傳感器的檢測是通過采用載體催化原理來實(shí)現(xiàn)的，主要電路為由補(bǔ)償元件、催化元件和比較高穩(wěn)定的電阻組成惠斯登電橋。電橋平常保持平衡，但遇瓦斯時，催化元件發(fā)生反應(yīng)，溫度增高，阻值變化，電橋失去平衡，輸出電壓信號［4］，此信號經(jīng)放大和A／D轉(zhuǎn)換后被單片機(jī)接收。采用LMV358放大器對電壓信號進(jìn)行放大，方便給單片機(jī)處理。A／D轉(zhuǎn)換由單片機(jī)自帶的A／D轉(zhuǎn)換接口完成，減少了外圍電路，省去了A／D轉(zhuǎn)換模塊，降低了成本，提高了系統(tǒng)2．3單片機(jī)控制模塊報(bào)警點(diǎn)設(shè)置電路、濃度顯示器、傳感器標(biāo)校電路、聲光報(bào)警器和單片機(jī)組成單片機(jī)的完整控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中的單片機(jī)采用單時鐘、低功耗并且高速的STCl2C5412AD，這個單片機(jī)具有8路SPI同步通信口和A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通道，而且可以對其設(shè)置主從模式，在本文中系統(tǒng)將設(shè)置為主模式。在單片機(jī)接收到轉(zhuǎn)換值后，就可以通過LED顯示器顯示瓦斯的濃度值，而且可以判斷這個值是否超過預(yù)設(shè)值，若超限則啟動聲光報(bào)警器，并通過SPI通信將瓦斯?jié)舛取⒌V燈地址以及通信匹配地址等數(shù)據(jù)發(fā)送給無線接收模塊，由無線發(fā)射進(jìn)行超限信號發(fā)射。

3試驗(yàn)

筆者利用無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)設(shè)計(jì)了無線信號收發(fā)裝置，并使多功能報(bào)警礦燈與它組合在一起一起構(gòu)成了完整的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在煤礦進(jìn)行過通信測試。測試結(jié)果表明，數(shù)據(jù)很可觀，如圖3瓦斯超限數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)示意圖所示。

4總結(jié)

本文介紹了一種無線網(wǎng)絡(luò)通信多功能瓦斯礦燈的設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，提高系統(tǒng)的可靠性，在本系統(tǒng)的控制下，可以提高接收到信息的穩(wěn)定性，及時性和可靠性等。