【正文】 發(fā)展的重要保證。但是 ,目前傳統(tǒng)的采礦方法依然占據(jù)著主導(dǎo)地位 ,是其他采礦方法在短時(shí)間內(nèi)仍無(wú)法完全替代的 ,傳統(tǒng)的采礦方法所面臨的安全問(wèn)題仍將困擾著人類(lèi)。 （ 2）項(xiàng)目的市場(chǎng)需 求分析 在我國(guó)煤礦安全事故中 , 由于礦井內(nèi)溫度過(guò)高 , 壓力過(guò)大 , 通風(fēng)不良等原因可能造成可燃?xì)怏w爆炸或有毒有害氣體中毒等事故 , 這些事故成為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的最大障礙。目前煤礦監(jiān)控系統(tǒng)多為有線(xiàn)形式 , 實(shí)現(xiàn)對(duì)全礦井環(huán)境參數(shù)的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)還具有 一定的局限性 , 不可避免地留下大量的安全隱患。如果井下傳感器的 分布比較分散 , 適合多條總線(xiàn)從不同出口上傳到地面 , 再由這些位置連接到煤礦相關(guān)部門(mén)服務(wù)器上時(shí) , 布線(xiàn)量就會(huì)成倍增加 , 各類(lèi)成本也會(huì)成倍增加。 隨著國(guó)家對(duì)煤礦生產(chǎn)管理工作的日益重視，企業(yè)和國(guó)家對(duì)煤礦產(chǎn)量監(jiān)管投入的加大，國(guó)家“十一五”期間對(duì)煤炭工業(yè)的機(jī)構(gòu)調(diào)整，以及煤炭生產(chǎn)企業(yè)自身現(xiàn)代化管理的需求，為煤礦安全監(jiān)控產(chǎn)品的研制提供了一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)遇。同時(shí)國(guó)家生產(chǎn)安全監(jiān)督管理局已經(jīng)建立了煤礦產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集、連網(wǎng)、系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)，為 煤礦安全監(jiān)控產(chǎn)品的研制打下了較好的技術(shù)基礎(chǔ) 。 3． 項(xiàng)目的成熟性和可靠性論述 目前項(xiàng)目已經(jīng)過(guò)初期調(diào)研 和 可行性 分析， 一致認(rèn)定 該項(xiàng)目 切實(shí)可行，且 具有 非常好的市場(chǎng)推 廣前景，因此 在前一階段調(diào)研的基礎(chǔ)上，下一步 將 進(jìn)行 傳感器硬件設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以及片上應(yīng)用程序開(kāi)發(fā) 等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān) 。 18 四、項(xiàng)目主要研究方案和工藝路線(xiàn) 主要研究方案 無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)思路為，采集煤礦瓦斯，溫濕度等安全信息的傳感器元件；處理器單元使用 AVR單片機(jī)，配合使用 TinyOS操作系統(tǒng)；無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元采用 SoC 芯片 CC2430。 其中，無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)是由瓦斯監(jiān)測(cè)傳感器、控制器單元，無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元，存儲(chǔ)器單元以及供電單元組成。 控制器處理程序用 C 程序完成后留在控制器存儲(chǔ)器中，一個(gè)功能是對(duì)傳感傳送的電子信號(hào)進(jìn)行處理，得到煤炭瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并貯存在寄存器中，另一個(gè)功能是設(shè)置傳感器的參數(shù)，如傳感器編號(hào)，用于識(shí)別礦井。節(jié)點(diǎn)功能越強(qiáng) , 相應(yīng) 19 的功耗也就越大。 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立、維護(hù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的匯聚 , 并作為接入點(diǎn)與有線(xiàn)骨干網(wǎng)相連 , 在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中只有 1個(gè) , 功耗最大 。 2種端設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送 , 功耗最小。 該網(wǎng)絡(luò)中除 RFD端設(shè)備外 , 節(jié)點(diǎn)間若能彼此收到對(duì)方的無(wú)線(xiàn)信號(hào) , 就可以進(jìn)行直接通信 , 不需其他節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，這種終端設(shè)備最適合于人員攜帶移動(dòng)方式進(jìn)行。新設(shè)備通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器或路由器連接的方式加入網(wǎng)絡(luò) , 此時(shí)該設(shè)備成為相應(yīng)協(xié)調(diào)器或路由器的子節(jié)點(diǎn) , 而相應(yīng)協(xié)調(diào)器或路由器成為其父節(jié)點(diǎn) , 父節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)間可直接通信。 因此，在礦井中提前布置 FFD端設(shè)備，使用協(xié)調(diào)器、路由器搭建網(wǎng)絡(luò)，形成固定安裝部分。而當(dāng)?shù)V井繼續(xù)深入，還有在坑道彎較多且地形復(fù)雜的情況下，使用人員攜帶方式，可以方便，靈活，全面地采集數(shù)據(jù)。 在瓦斯傳感器的選用上，采用 KGS20低功耗熱效式瓦斯傳感器。它的基本特征是：極高靈敏度和極快的響應(yīng)速度且低功耗。該傳感器體積小，耗電低，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，報(bào)警濃度為甲烷≥ 1％，響應(yīng)時(shí)間≤ 20s，恢復(fù)時(shí)間≤ 30s，工作溫度范圍 15℃～ +50℃，濕度≤ 97％ RH，靜態(tài)功耗為 150mW，報(bào)警狀態(tài)功耗為 300mW，供電電壓為 3～ 5VDC。驅(qū)動(dòng)電壓 VH、負(fù)載電阻 RL 以及檢測(cè)電壓 VD 的取值參照公司提供的典型資料，以使傳感器處于最佳工作狀態(tài)。采用微型 SO8N 封裝，封裝外殼寬度僅為 150mil()，內(nèi)置 I2C 雙線(xiàn)串口，是保存參數(shù)經(jīng)常被修改的海量數(shù)據(jù)的理想選擇，存儲(chǔ)密度從 1Kb～ 1Mb。 128Kb 8 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，支持字節(jié)和頁(yè)式寫(xiě)模式，寫(xiě)操作極快， 256B 寫(xiě)操作低于 5ms。 電源模塊，依據(jù)現(xiàn)在無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)供電的趨勢(shì)，采用兩節(jié) 21 干電池供電。 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)定義了一種堆棧協(xié)議，這種協(xié)議可以確保無(wú)線(xiàn)設(shè)備在低成本、低功耗和低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)中的互操作性。 ZigBee 堆棧是在 協(xié)議基礎(chǔ)上建立的。 （ 3） 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由 UC Berkeley（加州大學(xué)伯克利分校）開(kāi)發(fā)的開(kāi)放源代碼操作系統(tǒng) TinyOS 為藍(lán)本 ， 該操作系統(tǒng) 專(zhuān)為嵌入式無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)， TinyOS 的程序 采用的是模塊化設(shè)計(jì)，所以它的程序核心往往都很?。ㄒ话銇?lái)說(shuō)核心代碼和數(shù)據(jù)大概在 400 Bytes 左右），能夠突破傳感器存儲(chǔ)資源少的限制，這能夠讓 TinyOS 很有效的運(yùn)行在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)上并去執(zhí)行相應(yīng)的管理工作等。 TinyOS 在構(gòu)建無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它會(huì)有一個(gè)基地控制臺(tái)，主要是用來(lái)控制各個(gè)傳感器子節(jié)點(diǎn)，并聚集和處理它們所采集到的信息。 本項(xiàng)目中承擔(dān)項(xiàng)目科技人員中 大 都是 2426 歲之間的青年科技人員，有著豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。 我公司與山西煤炭工業(yè)局有長(zhǎng)期的合作關(guān)系，現(xiàn)已 成功研發(fā)一系列煤礦應(yīng)用軟件產(chǎn)品，有：煤礦瓦斯事故智能預(yù)警系統(tǒng)、煤礦產(chǎn)量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，企業(yè)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 其次，我公司也積累的豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。 （ 2）實(shí)施方案 我們將成立一個(gè)項(xiàng)目實(shí)施小組，該小組主要負(fù)責(zé)整個(gè) 項(xiàng)目 的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及測(cè)試，同時(shí)完成相關(guān)的文檔。 計(jì)劃進(jìn)度安排 項(xiàng)目調(diào)研 2021 年 03 月 — 2021 年 05 月 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì) 2021 年 06 月 — 2021 年 11 月 無(wú)線(xiàn)傳感器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2021 年 12 月 — 2021 年 02 月 傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2021 年 03 月 2021 年 06 月 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試 2021 年 07 月 — 2021 年 09 月 礦上小規(guī)模測(cè)試 2021 年 10 月 — 2021 年 11 月 礦上大規(guī)模測(cè)試 2021 年 12 月 — 2021 年 01 月 推廣 24 六、投資預(yù)算與資金籌措 投資預(yù)算與資金籌措情況 項(xiàng)目總資金預(yù)算 430 萬(wàn)元，公司自籌 280 萬(wàn)元，請(qǐng) XX 市科學(xué)技術(shù)局資助 150 萬(wàn)元