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基于无线传感器网络的煤矿视频监控系统的设计

时间:2009-12-22

摘要: 将无线传感器网络技术融入煤矿视频监控系统中,传感器节点由传感模块、处理模块、通信模块和电源模块组成。微处理器选用ATMEL公司的ATMELGAl28L,射频芯片选用NORDIC公司的nRF24L01。采用节点定时打开与关闭的协议且打开与关闭的时间比为1:99。充分考虑节能和扩展性的需求,系统支持多种目标文件格式。

1  引言
煤炭是我国重要的能源资源,我国的煤炭工业多数还靠人工开采,安全隐患多, 因为煤矿开采的特殊环境,容易发生事故,煤矿行业也被称为高危险的行业。利用远程视频监控系统,地面或中心监控人员可以直接对井下情况进行实时监控,不仅能直观地监视和记录井下工作现场的安全生产情况,并能通过在井下安装温湿传感器瓦、斯探测器等,及时地发现事故苗头,防患于未然。我们的研究课题是, 将无线传感器网络技术[1融入视频监控系统中,取代原来的有线网络。随着矿井延深,无线传感器网络的节点可以很方便的增加,形成新的自组网络,通过无线通信节点将数据经多跳传送到基站。

2  节点的硬件设计
传感器节点的硬件结构主要由传感模块、处理模块、通信模块和电源模块组成。传感器节点一般采用电池供电,节能成为设计的关键技术,一般要保证节点电池寿命在一年一上。此外,还要控制成本和体积。设计的节点硬件框图如图1所示。

2.1  微处理器模块
微处理器选用ATMEL公司的ATMELGAl28L。该芯片功耗低,且有多种睡眠模式;多个中
断源,53个I/O口,可以连接多个传感器扩展口;内带8路 10位A/D转换器,可以将传感器送来的模拟信号转换为数字信号;双向I2C串行总线接口;主/从SPI串行接口;可编程串行通信接口;JTAG和SPI 在线编程方式等。该芯片的丰富资源可以满足节点数据处理和传输的要求,尤其是六种不同的睡眠模式,特别适合有能量限制的应用。

存储器存放待处理或接收的数据.选用Mierochip公司的25AAl024。该芯片的存储量为1024KB,功耗低,读写方式为SPI,占用I/O口少。节点索引号产生器选用MAXIM公司的DS2411,用来产生48位随机数,作为节点的惟一标识号。

2.2  射频模块
射频芯片的选取直接影响节点的功耗,因为节点消耗能量的近2/3都用于无线收发。选用的射频芯片为NORDIC公司的nRF24L01。该芯片功耗低,在相同工作模式下,比Chipcon公司的CC2420芯片节省近l/3的能量;工作于2.4G~2.5GHz ISM频段;支持高速跳频;体积很小;外围器件少,配置简单,且使用两层PCB板,节省成本。nRF24L0l配置框图如图2所示。