Zigbee 技術(shù)在Kj236中的應(yīng)用

田雪梅++韓路

摘要：介紹了Kj236系統(tǒng)的概述與組成，采用先進(jìn)的ZigBee2.4GHz無線通訊技術(shù)，分別介紹了KJ236各設(shè)備主要功能。Zigbee技術(shù)是雙向無線通訊技術(shù)，具有復(fù)雜度低、距離近、速率低、功耗低、成本低的特點。最后分析了Zigbee技術(shù)在Kj236中的應(yīng)用，并簡單介紹了CC2430/CC2431芯片。

關(guān)鍵詞：Zigbee kj236 無線通信 定位

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

目前，各煤礦企業(yè)廣泛推廣應(yīng)用KJ236礦井人員定位考勤系統(tǒng)，KJ236（A）煤礦人員管理系統(tǒng)采用ZigBee2.4GHz無線通訊、CAN總線，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、無線組網(wǎng)、軟件技術(shù)、以太網(wǎng)等技術(shù)、圖形處理技術(shù)。KJ236煤礦人員管理系統(tǒng)功能強大，可以實現(xiàn)井下人員考勤管理、實時移動定位、安全警示報警監(jiān)測等等功能。對改善煤礦的安全生產(chǎn)管理有著重要的現(xiàn)實意義。那么我們首先來了解一下KJ236煤礦管理系統(tǒng)是如何組成的又有哪些主要設(shè)備。

1 系統(tǒng)概述與組成

系統(tǒng)采用先進(jìn)的ZigBee2.4GHz無線通訊技術(shù)，光纜、CAN總線及RS485總線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫、組態(tài)軟件、多進(jìn)程、多線程和圖形處理等技術(shù)，提供穩(wěn)定、實時性強、高效、可靠的數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析等功能，使用戶獲取了豐富的統(tǒng)計、圖表、打印信息，并對井下人員的分布情況、行走路線等有了迅速的了解。

地面定位監(jiān)測、考勤軟件系統(tǒng)、定位設(shè)備系統(tǒng)組成了KJ236礦井人員定位考勤系統(tǒng)。由監(jiān)測定位軟件、考勤信息錄入軟件、B/S終端軟件等共同構(gòu)成了地面定位監(jiān)測、考勤軟件系統(tǒng)。定位設(shè)備則由JA-DZ02-20信號避雷器、KJ236-F傳輸分站、KJ236-D無線讀卡器、KJ236-K無線識別卡、無線檢測改號儀及KJ236-J數(shù)據(jù)傳輸接口構(gòu)成。

2系統(tǒng)的組要功能

（1）雙向通訊功能：系統(tǒng)可實現(xiàn)地面中心站與識別卡雙向通信功能。識別卡可向中心站發(fā)送緊急報警通知，中心站可尋呼識別卡。在采掘平面圖可對井下人員的位置實時顯示。

（2）信息查詢和人員軌跡功能：可查詢指定任何時間內(nèi)人員的活動軌跡，可以查詢當(dāng)前井下人員的數(shù)量及分布情況。

（3）信息錄入功能：管理員有權(quán)限對單位人員和部門信息進(jìn)行錄入、修改和刪除，還可以定義、靈活分配班次。

（4）報警功能：井下人員如果遇到危險可以使用求救報警，系統(tǒng)會進(jìn)行實時警報，其警報方式包括彈出窗口、語音提示等。通過對相應(yīng)工種的下井時間的設(shè)置，對超時人員會發(fā)出警報，并提示相關(guān)人員的信息。

（5）豐富的井下考勤功能：能對指定人員在指定的時間內(nèi)的下井?dāng)?shù)量和下井時長進(jìn)行查詢。同時，依據(jù)下井時間的不同的規(guī)定來判斷下井有效與否?？梢灾苯訉?dǎo)出EXCEL表格，直接使用。

（6）緊急求救功能：發(fā)生緊急事件，礦工發(fā)出求救信號以后，系統(tǒng)可以立即提供準(zhǔn)確的逃生線路，從而最大限度地保證救援。

3 Zigbee技術(shù)

Zigbee技術(shù)是一種雙向無線通訊，在短距離、低功耗且低傳輸速率的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時用的比較多。由于ZigBee技術(shù)近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本等特點使他還應(yīng)用于有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸。

IEEE802.15工作組負(fù)責(zé)制定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)被稱為802.15.4（Zigbee）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。以下介紹的是Zigbee技術(shù)的特點。

（1） 低功耗：ZigBee設(shè)備非常省電歸功于它的低傳輸速率，僅為1mW，而且采用了休眠模式。通過估算，只需要兩節(jié)5號電池ZigBee設(shè)備的使用時間就可以維持長達(dá)半年到兩年左右，這是其它的無線設(shè)備是不可比擬的。

（2） 成本低：ZigBee模塊的初始成本約6美元，預(yù)計短時間內(nèi)就會降至1.5～2.5美元，且ZigBee協(xié)議沒有專利費。低成本也是ZigBee技術(shù)一大優(yōu)勢特點。

（3） 時延短：休眠激活僅15ms的時延，搜索設(shè)備只有30ms的時延，活動設(shè)備信道接入有15ms的時延。無論通信時延還是休眠激活時延都是非常短，所以，對時延要求極為嚴(yán)格的無線控制（如工業(yè)控制場合等）適合用ZigBee技術(shù)。

（4） 網(wǎng)絡(luò)容量大：一個主設(shè)備和254個從設(shè)備是一個星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)可容納的最大量，一個區(qū)域內(nèi)同時存在的ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可有100個，同時還有靈活的網(wǎng)絡(luò)組成。

（5） 可靠：采取了碰撞避免策略，同時預(yù)留了專用時隙給需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)，使發(fā)送數(shù)據(jù)的沖突和競爭得以避免。MAC層采用的數(shù)據(jù)傳輸模式是完全確認(rèn)過的，發(fā)送的每一個數(shù)據(jù)包都必須經(jīng)過接受方的確認(rèn)。傳輸過程中如出現(xiàn)問題，可再次發(fā)送。

（6） 安全：ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持認(rèn)證和鑒權(quán)，使用了AES-128的加密算法，可對各個應(yīng)用的安全屬性進(jìn)行靈活確定。

4 Zigbee技術(shù)在Kj236協(xié)議中的應(yīng)用

低功耗ZigBee無線讀卡器通常由四部分組成，分別是傳感器模塊、無線通訊模塊、處理器模塊和供電模塊組成。低功耗無線通信芯片及其外圍電路是無線通訊模塊的主要組成。軟件上運行相應(yīng)的通信協(xié)議，提高發(fā)射功率，改善接收機的靈敏度，保準(zhǔn)通信距離。

系統(tǒng)主要采用CC2430/CC2431芯片，它集成符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHzd的RF無線電收發(fā)機，采用一顆工業(yè)級小巧、高校的8051控制器，其休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間特性很適合井下煤礦環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1]胡娟.基于ZigBee的井下人員定位與通信系統(tǒng)設(shè)計[J].煤炭工程，2010年04期.

[2]郭娟，王建.IP協(xié)議在KJ236人員定位考勤系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭科技，2012年第04期.

[3]李明學(xué)，展影清，田由輝，張雅君.基于ZigBee的井下人員定位系統(tǒng)的研究[J].機械制造與自動化，2013年03期.

[4]封瑜，葛萬成.基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2006年08期.