【正文】 通過以太網(wǎng)絡發(fā)送至地面的監(jiān)控系統(tǒng)。（2）定位原理：采用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)井下人員跟蹤定位，在人員井下巷道的分岔口、各工作面入口等關(guān)鍵部位安裝ZigBee參考節(jié)點，本系統(tǒng)根據(jù)井下巷道及工作面的實際情況，每隔100m布置一個參考節(jié)點。（Line of Sight視線）傳輸特點，需保證在巷道的分岔點及拐角點處布有一參考節(jié)點。所安置的參考節(jié)點將自動組成一個ZigBee定位通信網(wǎng)絡，網(wǎng)關(guān)節(jié)點或參考節(jié)點通過自動讀取移動目標（本設計的移動終端）的信號強度，把信號的值轉(zhuǎn)化距離，來確定移動目標的位置信息，網(wǎng)關(guān)節(jié)點直接和通信電纜相連，通過接口轉(zhuǎn)換技術(shù)，把數(shù)據(jù)通電纜到送到井下的交換機，再通過以太網(wǎng)將信息上傳至地面的監(jiān)控系統(tǒng)。 人員位置確定首先，井下無線網(wǎng)絡部署完畢，當移動目標進入網(wǎng)絡區(qū)域以后，與該網(wǎng)絡進行連接。其次，網(wǎng)絡連接通后，兩個參考節(jié)點收到某個移動終端的信號，移動目標的位置就是兩個參考點之間的中間某個位置，通過兩個RSSI的值與該點距離的函數(shù)關(guān)系，可以精確定位人員。最后，移動目標由于不停的移動，就會不時的離開一個子網(wǎng)絡而進入另一個子網(wǎng)絡，所以要反復對子網(wǎng)進行認證，保證信號的時時連通。值得注意的是，在環(huán)境較為復雜的地方，特別是定位區(qū)域并非線狀的地方，例如某些作業(yè)面，需要通過增加參考節(jié)點數(shù)量的方法來提高定位精度。第5章 本質(zhì)安全型防爆煤礦井下可能會出現(xiàn)瓦斯等爆炸性氣體。根據(jù)國家規(guī)定，在煤礦井下使用的設備必須經(jīng)過國家相關(guān)單位防爆檢驗合格后，方可下井使用。目前對于在爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備的國家標準是GB3836一2000C。 防爆的基本概念 可燃氣體、蒸汽的爆炸特性（1）可燃氣體、蒸汽產(chǎn)生爆炸必須具備的條件：A）要有一定濃度的可燃性氣體混合物；B）要有足夠能量的點火源。各種型式的防爆電氣設備就是基于采用一定措施，使得這兩個條件不能同時滿足。（2）可燃氣體一空氣混合物的爆炸界限：可燃性氣體只有在于空氣或氧化劑按一定的比例均與混合后才具有爆炸能力，這個比例的范圍就是爆炸界限。實驗測得甲烷空氣混合物（瓦斯）的爆炸界限為5%一15%。（3）可燃性氣體混合物的最小點燃電流(MIC)：最小點燃電流（MIC minimumigniting current）是指用火花試驗裝置，在電阻電路或電感電路中引起可燃性試驗混合物點燃的最小電流。（4）可燃性氣體混合物的最小點燃能量：。 危險場所的區(qū)域劃分，對危險場所進行區(qū)域劃分，可分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)：0區(qū)是指爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時間存在的區(qū)域。1區(qū)是指在正常運行時，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的區(qū)域。2區(qū)是指在正常運行時，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體，如出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生并且是短時間存在的區(qū)域。 防爆電氣設備的分類和溫度組別，爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備分為：Ⅰ類：煤礦用電氣設備。Ⅱ類：除煤礦外的其他爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備。用于煤礦的電氣設備，其爆炸性氣體環(huán)境除了甲烷外，可能還含有其他成份的爆炸性氣體時，應按照Ⅰ類和Ⅱ類相應氣體的要求進行制造和檢驗。Ⅱ類隔爆型“d”和本質(zhì)安全型“i”電氣設備按氣體等級又分為ⅡA、ⅡB和ⅡC。 本質(zhì)安全型防爆技術(shù)本質(zhì)安全型電氣設備是指電路全部為本質(zhì)安全電路的電氣設備。本質(zhì)安全電路，是指在規(guī)定的實驗條件下，正常工作或規(guī)定的試驗條件下產(chǎn)生的電火花或熱效應，均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電路。 本質(zhì)安全防爆的基本原理和特點本質(zhì)安全型電氣設備是通過限制電路的電氣參數(shù)，進而限制放電火花能量，實現(xiàn)電氣防爆。針對電火花和熱效應是引起爆炸性危險氣體爆炸的主要引爆源，本質(zhì)安全技術(shù)通過限制電火花和熱效應這兩個可能的引爆源來實現(xiàn)防爆。在正常工作和故障狀態(tài)下，當電路產(chǎn)生的電火花或熱效應的能量小于一定程度時，不可能點燃爆炸性氣體而產(chǎn)生爆炸。它實際上是一種低功率設計技術(shù)。原理是從限制能量入手，可靠地將電路中的電壓和電流限制在一個允許的范圍內(nèi)，以保證設備在正常工作或發(fā)生短接和元器件損壞等故障情況下產(chǎn)生的電火花和熱效應不致于引起其周圍可能存在的危險氣體的爆炸。本安防爆設備具有如下特點:（1）不需要設計制造工藝復雜、體積龐大且又笨重的隔爆外殼，因此，本安設備具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕和造價低等特點。（2）可在帶電情況下進行維護、標定和更換儀器設備的部分零件等。（3）安全可靠性高。本安設備不會因為緊固螺栓的丟失或外殼結(jié)合面銹蝕、劃傷等人為原因而降低設備的安全可靠性。（4）由于本安防爆技術(shù)是一種“弱電”技術(shù)，因此，本安設備的使用可以避免現(xiàn)場工程技術(shù)人員的觸電傷亡事故的發(fā)生。（5）本安防爆技術(shù)是唯一可適用于0區(qū)危險場所的防爆系統(tǒng)。（6）對于像熱電偶等簡單設備，不需特別認證即可接入本安防爆系統(tǒng)。本安型防爆是一種比較理想的防爆型式，在技術(shù)可能的情況下，應盡量選擇本質(zhì)安全型。但是，本安型防爆本質(zhì)上是一種限制能量的防爆技術(shù)，故設備的使用功率受到限制，目前應用的本質(zhì)安全型電氣設備的最大輸出功率在25W以內(nèi)，應用范圍還有一定局限性。 本安電氣設備的安全等級本質(zhì)安全設備及其關(guān)聯(lián)設備的本質(zhì)安全部分，按安全程度和使用場所不同，可分為ia和ib兩個等級。在正常工作、施加一個或兩個計數(shù)故障及施加產(chǎn)生最不利條件的非計數(shù)故障時，電氣設備中的本質(zhì)安全電路均不能點燃爆炸性混合物的電氣設備為“ia”等級的電氣設備。在正常工作、施加一個計數(shù)故障及施加產(chǎn)生最不利條件的非計數(shù)故障時，電氣設備中的本質(zhì)安全電路均不能點燃爆炸性混合物的為“ib”等級的電氣設備?？梢?，ia等級的本質(zhì)安全型電氣設備的安全程度高于ib級別，對ia等級的本安型電氣設備的技術(shù)要求比ib等級的本質(zhì)安全型電氣設備的技術(shù)要求更嚴格，更苛刻。ia等級與ib等級的差異可以用下面的例子加以說明：例如某一電感電路的電感元件儲能過大，達不到本安性能要求，可并接分流二極管保護的方法滿足要求。若按ib等級設計，電感兩端需并接二個二極管，達到雙重保護。因ib等級按一個技術(shù)故障考慮，一個二極管損壞時，另一個二極管起保護作用。若按ia等級設計，雙重化已不能滿足要求，因ia等級按兩個計數(shù)故障考慮，因此需至少并接三個二極管，達到三重化保護才符合要求。對于持續(xù)存在爆炸性氣體混合物的O區(qū)場所使用的電氣設備，必須按ia等級設計。一般煤礦井下使用的本安型電氣設備可按ib等級設計。本系統(tǒng)所有設備按ib等級要求設計。 本質(zhì)安全設備在國家標準所規(guī)定的條件下包括正常工作和規(guī)定故障條件，產(chǎn)生的任何電火花和熱效應尚不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的電氣設備稱之為本質(zhì)安全設備。本質(zhì)安全設備可分為一般本質(zhì)安全設備和簡單設備。一般本質(zhì)安全設備是指具有儲能元件，是需要防爆認證的電氣一設備。簡單設備，定義為電氣參數(shù)符合電路本質(zhì)安全性能的一個電氣元件或結(jié)構(gòu)簡單的元件組合。它們無需防爆認證，可以自由地配置在本安回路中。一般來說，下列設備可認為是簡單設備：1）無源的元件，例如，開關(guān)、接線盒、電位器和簡單半導體器件。2）參數(shù)符合規(guī)定的貯能元件，例如，電容或電感，其值應在確定系統(tǒng)整體安全性能時加以考慮。3）產(chǎn)生能量元件，例如，熱電偶和光電池，、100mA、25mw。在這些能量源中出現(xiàn)的電感量和電容量應按2）考慮。簡單設備須考慮以下幾點：A）簡單設備不應是用限壓或限流或抑制器件獲得的本質(zhì)安全性能。B）簡單設備不應裝有任何增大有效電壓或電流的器件，例如，產(chǎn)生輔助電源的電路。C）當簡單設備作為含有其他電路的設備的部件時，應對整機進行鑒定。 電路放電火花影響本質(zhì)安全電路的因數(shù)是電火花和熱效應。設備產(chǎn)生的熱效應一般不會點燃危險的爆炸性氣體，而電路產(chǎn)生的放電火花則會嚴重影響電路的本質(zhì)安全性，放電火花是本質(zhì)安全技術(shù)的重要研究對象。電路的性質(zhì)一般分為電阻性、電感性和電容性，對于不同性質(zhì)的電路，其放電形式各不相同。（l）電阻性電路：電阻性電路因無儲能元件，火花的能量都來源于電源。當電路斷開時，電極接觸面迅速減小，接觸部位的電流密度急劇增加，電極間的電阻也逐漸增加，電極間電壓隨之增大。在電流、電壓作用下，電極熔化形成液態(tài)金屬橋，這一過程就是電火花放電或電弧放電。電路閉合時，電極以越來越快的速度相互接近，此時若電源電壓較高，在接觸前瞬間，空氣被擊穿電離，產(chǎn)生電弧放電。若電源電壓較低，則接觸前不會產(chǎn)生電流。當電極接觸瞬間，最高點先接觸，并具有一定接觸電阻，其電流密度很大，在該處產(chǎn)生高溫，使電極熔化甚至氣化。由于氣體覆蓋層存在，電流接著中斷，當電極繼續(xù)靠近時，又重新發(fā)生接觸，此過程一直重復到電極閉合為止。在開斷過程中，電路自感使電壓升至起弧電壓。因此，盡管運行電壓低于起弧電壓，電路的接通仍會產(chǎn)生電弧。實際電路中，純電阻電路幾乎是不存在的，即使無集中電感元件的電路，仍存在分布電感。一般電路電感在lmH以上，開關(guān)過程才是完全無弧的。（2）電感性電路：電感是儲能元件，可把電能以磁場能的形式存儲起來，當電路變化時，可放出能量。當電路狀態(tài)改變時，電流不能突變，而電壓突變，產(chǎn)生瞬間反向電動勢，因此存在過渡過程，放電火花也較為復雜，既有電源向電極間隙處放電，又有電感儲能放電。對于電感電路，當電路斷開時，除電阻電路所述過程外，因電感有儲能使電極迅速離開，電阻突然增大，電流急劇降低，di/dt很大，在電極間隙處產(chǎn)生很高反電勢，電路的電感越大，斷路速度越快，產(chǎn)生的反電勢也高。在高壓作用下，弧光放電之后產(chǎn)生輝光放電。除電源能量外，還有電感的儲能釋放到放電間隙，增加了放電強度，又加長了放電時間，所以電感電路的斷路火花危險比較大。而當電路閉合時，電感電流不會突變，電流從零開始逐漸上升，不易產(chǎn)生強烈火花放電，和斷路相比，放電能量小。因此對于電感電路，只須考慮斷路火花。（3）電容性電路：電容可以把電源能量以電能的形式存儲起來。電容具有兩端電壓不能突變的特點。當電路閉合，既有電源放電，又有電容儲能放電。電容經(jīng)電極放電，發(fā)生了與純電阻電路類似放電過程。根據(jù)電容器上電壓的高低，閉合過程可能發(fā)生輝光放電和電弧放電。電容器瞬間放電電流很大，而電容器放電極為迅速，能量也特別集中。因此，電容火花點燃能力更強，危險性更大。當電路斷開時，直流穩(wěn)態(tài)電路無切斷電流，交流電路也無放電現(xiàn)象。綜上，在電路的本質(zhì)安全化設計中，電感的斷路火花和電容的閉路火花是需要重點考慮的問題。 本系統(tǒng)設備本質(zhì)安全性能評估本系統(tǒng)設備均為通信和信號處理設備，相對于其他電氣設備，使用的電源電壓較低，一般為3V，但工作電流較大，復雜的設備可能會達到1A。且這類設備對電源要求比較嚴格，供電電壓要穩(wěn)定，故需要良好的電源濾波，免不了使用大容量的電容和電感元件。，影響電路本安性能的主要是電容元件和電感元件。能夠滿足本安要求的電容元件電容值主要受電壓影響，而與工作電流無關(guān)，而電感則相反，滿足本安要求的電感元件電感值主要受工作電流的限制。故在本系統(tǒng)中，應盡量使用電容元件而避免使用電感元件。本設計所介紹的電路中，只有天線部分用到了電感元件。若必須使用電感元件，且電感值不符合本安要求，可在電感元件兩端接分流元件，如二極管、壓敏電阻、雙向穩(wěn)壓管等。采用良好的分流元件可使等效電感值降低到原電感值的1/10一1/100，使得該電路滿足本安防爆性能。第6章 系統(tǒng)設計成果展示本系統(tǒng)設計歷經(jīng)了半年的時間，目前已基本具有的演示效果，可實現(xiàn)溫濕度的采集、瓦斯?jié)舛犬惓ＵZ音報警同時調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速、信息傳輸、人員定位及串口顯示。硬件部分實物展示如下： 傳感器顯示報警測試電路 LCD顯示模塊 系統(tǒng)實物（未包裝）整體展示 安裝了移動終端的礦工安全帽 網(wǎng)關(guān)部分實物展示 LCD顯示部分實物展示 路由節(jié)點實物展示軟件部分展示： 定位系統(tǒng)上位機顯示軟件片內(nèi)溫度電池電壓 通過ZTool查看協(xié)調(diào)器接收到的信息圖實際測量溫度終端片內(nèi)溫度終端電池電壓 通過串口調(diào)試助手查看協(xié)調(diào)器接收信息圖結(jié)論本次設計即將完成，在這次設計的過程中為了更好的完成設計題目，我翻閱了大量資料及文獻。認識到安全監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的重要性，它在未來的發(fā)展是不可或缺的。通過本次畢業(yè)設計，學習到了新興的無線ZigBee通信技術(shù)。ZigBee作為無線通訊領域的后起之秀，在短距離的監(jiān)測、智能控制、無傳輸領域，具有很廣闊的應用前景。不過，在整個設計過程中，時常感到自己的知識有限，畢竟ZigBee技術(shù)一門涉及通信專業(yè)的知識，通過自學這些知識，經(jīng)常會感到力不從心。設計工作越深入，越感到自己的知識有限。畢業(yè)設計畢竟是一個較為漫長的過程其中有苦有樂，每當我們灰心，意志消沉的時候，得到總是老師的鼓勵，我們都會信心大增，每當做出的成績能換來老師一個微笑，我們都會感到心滿意足，彼此的交流讓我們師生的感情更融合。畢業(yè)設計做完了，算是畫上一個完美的句號，也嘗到成功的味道，但漫漫的人生路還需繼續(xù)努力。面對日趨激勵的就業(yè)形勢，我相信只要學好知識技術(shù)，以一種刻苦勤勞的精神對待工作，一定會活出不平凡的人生。參考文獻[1]李繼林. [2][3]郭淵博、[4]華成英，2006年[5]李文仲，2008年[6]雷霖，董華莉. ，2011（1）：33～35[7]王玉芬，王治斌，李長江. ，2007（6）：34～36[8]陳旭，方康玲，：2008，22(6)：59～61[9]閻連龍，2008（8）：56～58[10]金衛(wèi)民，神顯豪. ，2008（7）：8～9[11]任維政，徐連明，鄧中亮，王川. 基于RSSI的測距差分修正定位算法. 傳感技術(shù)學報，2008，21（7）：1247～1250[12][博士學位論文].安徽：中國科學技術(shù)大學，2008[13][碩士學位論文].大連：大連理工大學，2008[14][碩士學位論文].河南：河南理工大