現代煤礦信息化系統中電子技術的應用

引言：信息化技術的飛速發展，促使了信息化系統在煤礦生產領域的開發和應用。煤礦企業的信息化系統平臺的建設對于煤礦的安全生產具有極大的現實意義。本文從我國煤礦信息化系統的發展現狀出發，討論煤礦信息化系統的設計及其關鍵的電子技術的應用，旨在實現煤礦生產的信息化管理，保證煤礦產業的安全生產。

隨著信息化技術在社會各個領域的應用和普及，我國的煤礦企業加速信息化系統的建立和應用的腳步。我國的煤礦產業多以礦井開采，近年來頻發的煤礦生產安全事故使安全生產成為了煤礦產業的首要問題。保證煤礦產業的安全生產，提高伸長管理水平是煤礦企業亟待解決的問題所在。煤礦的信息化系統建設以提高企業的生產效益為終極目標，提高煤礦企業的自動化生產和管理，以保證安全生產為前提條件，彌補管理方面的缺陷漏洞。煤礦的信息化系統不僅僅為企業的管理層提供生產和管理的信息指標，而且對保證煤礦生產的安全、降低和避免安全事故的發生率具有非常重要的作用。

一、我國煤礦信息化系統的應用現狀

進入21世紀以后，隨著信息化技術的發展，其在社會各個領域的應用范圍越來越廣泛，很多行業的企業生產管理都引進了信息化系統，并且取得了良好的效果。煤礦企業對信息化越來越重視，逐步增加投入于信息化建設，企業的信息化管理水平也在不斷的發展之中。我國煤炭行業總體來講其信息化水平還處于初級階段，存在很多需要發展和完善的地方。多年來煤礦安全事故屢屢發生，其主要原因就再也安全生產信息的方法落后，對于礦井安全的監控檢測不完善。煤礦企業的信息化建設在前幾年中其工作重點是礦井瓦斯數字化遠程監控系統、井下工人的考勤定位管理系統和有關煤礦安全生產管理的零散子系統。近年來，我國煤礦信息系統不斷發展，以綜合自動化系統為主的集成化信息系統工程。其涉及到工業控制網絡和企業信息化網絡，形成一個綜合自動化的信息系統平臺，集中對各個分散的生產控制、人員管理、安全監控進行管理，初步形成了生產的一系列安全管理監控體系。

二、煤礦信息化系統的設計

關于煤礦瓦斯無線傳感器監測網絡比較復雜，因煤礦礦井下復雜的生產環境，其設計的主要目標在于能夠實時監測礦井下瓦斯的含量，保證生產的安全。為滿足此設計需求，在本文中采用的ZigBee經過分析驗證，能夠對本系統的設計需要很好的滿足，對礦井下的瓦斯含量可以做到實時的監測和信息反饋。經過對整個信息網絡系統的綜合性分析和試驗，結構信息系統的企業生產需求，確定了其安全生產基本方案，即基于ZigBeeDE 瓦斯監測信息系統。通常來說，一個煤礦的礦井其井深或者礦井的長度都超過10km，每1km至少要有10個節點的分布，也就是說一個礦井的ZigBee節點的布設要在百個以上。每個節點的都由多個組件構成，包括：感知組件、采樣組件和數據處理組件。必要情況下，節點還需要調整接收發信號的功率和靈敏度。系統的信息總控制中心設置在地面上，用以對井下檢測傳輸的瓦斯數據信息進行處理和存儲。在礦井內，節點的設置要根據實際需要來確定數量，采用電池對其進行供電，并采用抗干擾性能強的直序擴頻通信方式分布，這樣能夠是各個節點的抗干擾性能都較強，整體的抗干擾效果提高。

三、煤礦信息化系統中應用的電子技術

（一）煤礦信息化系統的節點模塊架構

ZigBee節點才用的芯片是Atmegal28L低功耗微處理器芯片和TI的CC2420芯片，采用的FLASH存儲器為低功耗的存儲器版本。ZigBee節點的主要功能是對煤礦井下的瓦斯含量濃度進行信息采集，發送到各個節點。在此信息系統中ZigBee節點的模塊構成如圖1所示：

（二）系統中電子技術的應用

1.Atmegal28L模塊

Atmega128L模塊負責對節點的數據進行處理和定位，對節點的功耗進行管理和控制。選擇Atmega128L的單片機是從成本的控制和性能的需要等方面進行綜合分析來進行確定的。Atmega128L單片機具有較高的穩定性，對環境的適應性強，受惡劣環境的影響較低。其低功耗的特點，也滿足煤礦井下作業的實際環境的需要。

2.C2420收發模塊

CC2420提供SPI接口，能夠實現模塊間的無線通信。CC2420通過天線對射頻信號進行接收，然后對其進行轉換成為2MHz的雙路中頻信號。在有模數轉換器將通信分量和正交分量兩路信號進行轉換，轉為數字信號后進行最終信道的選擇，對增益進行控制等。CC2420采用1.8V的工作電壓，使其具有低耗能的特點。采用的外部數字I/O接口也采用較低的電源， 所以二者間不存在邏輯兼容性的問題。芯片上的直流穩壓器為電壓之間的轉換提供了方便。無需額外設置電壓轉換的電路。

3.存儲單元模塊

存儲單元模塊負責數據的存儲，為了保證Flash存儲器絕對滿足實際需求，可借助于外部擴展的存儲器?？赏ㄟ^SPI總線將Atmega128L芯片連接于外部存儲器，再設置Atmega128L內存儲器為主要存儲模式，外部存儲器為次模式，讀寫操作用Datasheet來進行。

4.傳感器模塊

在本信息系統中采用的是KGS-20低耗能瓦斯傳感器。傳感器的電阻表現為負載電阻RL上的電壓變化。各個參數根據其典型資料進行確定，保證傳感器的工作狀態為最佳。

參考文獻

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