摘要
研究目的：设计一款以ZigBee无线通信技术为基础的煤矿安全监控系统。研究对象：ZigBee无线通信技术，煤矿安全监控系统。研究方法：以某煤矿安全管理为例，为该煤矿设计一款煤矿安全监控系统。研究结论：通过本次设计实践研究，设计出一种ZigBee技术的煤矿安全监控系统，该系统主要包括监控主站，监控分站组成。ZigBee技术主要应用于主站通信模块，应用该技术良好实现了煤矿安全监控系统的无线通信功能，对于主站设计应用也有良好的效果。
关键词：ZigBee技术；煤矿安全监控系统；设计
煤矿安全是煤矿生产中重要的管理要点，通过有效煤矿安全管理，能够防止煤矿生产出现安全事故，同时也能够确保煤矿有序生产。而当前煤矿开采时，安全风险因素较多，安全风险等级较高，并且传统的安全管理措施已经不能够满足安全需求。在此背景下，相关专家开始研究，设计煤矿安全监控系统，融合多种先进技术，使监控系统能够做到煤矿生产安全监控，
排查安全风险，高精度风险报警，从而提升煤矿安全生产管理效率，确定安全管理有效。
1.煤矿安全监控系统应用ZigBee技术的优势探讨
煤矿安全监控系统设计研究是现代煤矿安全生产管理的重要工具。该系统与传统人力管理模式相比，具有自动管理，风险预警，智能安全风险排查等优势特点。煤矿安全监控系统具有先进性的优势，主要取决于其设计过程中应用先进的现代化技术，其中包括计算机技术，网络通信技术以及传感技术等。而ZigBee技术就是一种具有良好性能优势的网络通信技术，将该技术设计应用于煤矿安全监控系统中，有利于提升煤矿安全监控系统的应用效率。
第一，应用ZigBee技术后，监控系统的网络更加稳定。ZigBee网络通信技术是具有稳定性优势的网络技术，其信号在网络通信传播过程中，抗干扰能力强，传播速度快。
第二，应用ZigBee技术，监控系统更加节能。ZigBee技术本身具有节能特点，其可以在低功耗状态下运行。举例而言，该技术能够在2节5#电池的电力支撑下，使用6-24个月，与其他网络通信技术相比更加节能。
2.设计需求分析
通过上文讨论，ZigBee技术应用于煤矿安全监控系统设计具有良好的优势。能够研究技术的具体设计应用措施，对于煤矿安全监控系统优化研究有重要意义。因此，本次研究专门针对某煤矿进行监控系统设计研究。从该煤矿的生产现状而言，该煤矿是否需要安全监控系统。
该煤矿年生产能力达到240万吨标准煤。煤矿现有15个煤层，其中3.7.9号煤层是该煤矿的主采煤层。而进一步研究发现，以上三个煤层的安全系数基地。实际生产中，采用自然发火煤层开采方式，从而导致煤矿爆炸危险系数增加。另外，地质研究发现，由于长期开采，7.9号煤层已经开始出现地下水涌入现象，正常涌水量为 110 m3 /h，最大涌水量为 180 m3 /h[1]。
通过对煤矿的全面调查可知，该煤矿需要尽快建立安全监控系统，利用安全监控系统完成全面，有效的安全管理。
3.煤矿安全监控系统的具体设计研究
本次设计研究中，通过对该煤矿安全风险以及ZigBee技术分析，完成了基于ZigBee技术的煤矿安全监控系统设计，以下是对系统设计进行总结。
（1）系统总体架构和方案布置
本次设计中，系统总体结构设计包括地面安全监控系统，通信模块、井下监控模块等三大部分。其中地面安全监控系统主要通过监控中心以及监控设备发送监控指令，并且完成各项系统监控。通信模块是系统信号和信息的主要传播介质，对于系统设计应用有非常关键的作用。而ZigBee技术设计就应用于通信模块，作为无线通信的核心。最后，安全生产分站模块，主要应用于井下，负责采集精细的安全环境和数据，将采集完成的数据会传感煤矿监控系统主站，主站做好危险判断后实施报警或者安全防护，从而保证安全管理有效。
（2）安全监控主站系统设计
安全监控主站系统设计应用十分关键，主站系统设计包括处理器模块、按键、液晶屏、后备电源、USB接口、以太网接口、FLash储存器组成。
①处理器是系统数据分析以及应用的关键模块，处理器的良好应用，对于系统实施有非常
关键的作用。整个系统设计时，应用STM32处理器，该处理器具有超快的运算速度和信号发送功能，同时系统应用比较稳定。
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②按键、触摸屏、液晶屏等模块设计主要是为了实现交互操作，使相关人员能够直接使用操作模块进行操作，控制系统应用效果[2]。
③后备电源以及FLash储存器等设计应用，也是保证系统电力充足，数据储存功能良好的关键模块，有利于系统应用升级，提升系统应用效果。
（3）安全监控分站系统设计
安全监控分站系统设计也是本次设计的重点，分站系统的主要功能是数据采集，在该系统设计中，主要完成各种传感器是设计，以下表1为监控传感器的选型统计。
表1 安全监控分站传感器选型设计
下载机传感器 | 无纺布折叠机型号 | 特点 |
甲烷传感器 | JWC － 1 | 瓦斯浓度测量范围为 0% ～ 4% ; 输出信号为 1 ～ 5 mA; 响应时间≤30 s。 |
风量开关传感器 | GFD6 | 接触电阻≤1 Ω; 信号传输距离≥2 km发光管 |
温度传感器 | KGW5 | 测量范围为 0～ 100 ℃ ; 输出电流为 1 ～ 5 mA。地下水位监测 |
烟雾传感器 | KGY4 | 输出信号： 开关量 0 /5 mA; 响应时间 ＜ 60 s。 |
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（4）基于ZigBee技术网络通信结构设计
本次系统设计中，信号传输以及信息传输依靠ZigBee技术主导的网络通信模块。设计应用ZigBee技术网络，本次ZigBee技术模块提供SMT与DIP接口，可直接连接TTL接口设备，实现数据透明传输功能；低功耗设计，最低功耗小于1mA；提供6路I/O，可实现数字量输入输出、脉冲输出；其中有3路I/O还可实现模拟量采集、脉冲计数等功能[3]。
结束语
本文从设计需求，具体设计等方面全面总结 基于ZigBee无线通信技术的煤矿安全监控系统设计，希望能够对煤矿安全系统设计应用有所帮助。
参考文献
[1]王勇辉. 基于ZigBee无线通信技术的安全监控系统设计[J]. 电脑知识与技术：学术版, 2020, 16(13):3-3
[2]王焕. 基于ZigBee的煤矿安全监测系统研究[J]. 煤, 2021, 30(12):3-3
[3]毕志霖. 基于PLC与无线传感网络的煤矿安全生产监控系统设计[J]. 机电工程技术, 2020, 49(3):3-3
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