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矿井定位及瓦斯系统解决方案

发布时间:2010-03-29 10:01   类型:应用案例   人浏览

石家庄亿邦科技有限公司:www.sjzyb.com

zigbee技术介绍:

(1)zigbee简介:ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,完整的协议栈只有32KB,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。这些特点决定ZigBee技术非常适合应用在无线传感器网络中。与现有的各种无线通信技术相比,ZigBee技术在功耗和成本上相对较低,有很大的优势。本文研究设计的矿井人员定位及瓦斯无线监测系统就是基于ZigBee技术的无线传感器网络,用于实时定位井下人员的位置及监测矿井空气中的瓦斯浓度,实现系统的可靠性、便于安装性、低成本、节能和实际可行性,从而给煤矿生产工作的顺利进行提供一定的保障,为矿井的防灾、减灾以及提高生产效率方面发挥一定的作用。

(2)zigbee技术特点:
◇ 物理层RF 通信链接直序扩频采用高处理增益;明晰的信道检测;对干扰能量进行检测;采用跳频技术Frequency agility;
◇ 协议 基于CRC的误码检测/校正;采取了避免冲突的策略CSMA/CA;为固定带宽的通信业务预留了专用的有保证的时隙;发送的数据包都有待于接受方的确认,如出现问题进行重发;保持数据包的及时传输Packet data freshness;
◇ 通信可靠机制 zigbee采用了CSMA-CA的碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突;明晰的信道检测;MAC层采用了完全确认的数据传输机制,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。
◇ 网络的自组织、自愈能力强 zigbee的自组织功能:无需人工干预,网络节点能够感知其他节点的存在,并确定连接关系,组成结构化的网络;zigbee自愈功能:增加或者删除一个节点,节点位置发生变动,节点发生故障等等,网络都能够自我修复,并对网络拓扑结构进行相应地调整,无需人工干预,保证整个系统仍然能正常工作。

(3)zigbee的技术优势:
◇ 数据传输速率低:10KB/秒~250KB /秒,专注于低传输应用
◇ 功耗低:在低功耗待机模式下,两节普通5号电池可使用6~24个月;
◇ 成本低:ZigBee数据传输速率低,协议简单,所以大大降低了成本;
◇ 网络容量大:网络可容纳65,000个设备;
◇ 时延短:典型搜索设备时延为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接入时延为15ms。
◇ 网络的自组织、自愈能力强,通信可靠;
◇ 数据安全: ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,采用AES-128加密算法(美国新加密算法,是目前最好的文本加密算法之一),各个应用可灵活确定其安全属性
◇ 工作频段灵活:使用频段为2.4GHz、868MHz(欧洲)和915MHz(美国),均为免执照(免费)的频段

(4)zigbee 网络设备:
◇ 网络协调器:包含所有的网络消息,是3种设备类型中最复杂的一种,存储容量最大、计算能力最强。发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息、不断地接收信息。
◇ 全功能设备(FFD):可以担任网络协调者,形成网络,让其它的FFD或是精简功能装置(RFD)连结,FFD具备控制器的功能,可提供信息双向传输。 附带由标准指定的全部 802.15.4 功能和所有特征 更多的存储器、计算能力可使其在空闲时起网络路由器作用。 也能用作终端设备
◇ 精简功能设备(RFD):RFD只能传送信息给FFD或从FFD接收信息。 附带有限的功能来控制成本和复杂性 在网络中通常用作终端设备。 ZigBee相对简单的实现自然节省了费用。RFD由于省掉了内存和其他电路,降低了ZigBee部件的成本,而简单的8位处理器和小协议栈也有助于降低成本。

方案介绍:

(1)总体介绍:本系统是由多个自给供电的ZigBee节点组成的,每个ZigBee节点都可以进行周围环境数据的采集、简单计算以及与其他节点及外界进行通信,从而使得众多的传感器和zigbee手持终端可以通过协同工作进行高质量的通讯,组成一个容错性较好的采集系统。本系统
















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