煤炭工業是國民經濟的基礎，因此，煤炭行業的安全生產工作也得到了國家的高度重視。但是，由于各種原因，礦井下的安全事故仍會不斷發生，而地面工作人員往往難以掌握井下人員的位置，一旦出現災情，對被困人員的救援缺乏可靠的信息，而造成人員傷亡和財產損失。因此，實現煤礦井下的無線通信，準確獲知井下工作人員的位置和數量具有十分重要的意義” 。為此，筆者提出了基于ZigBee技術的礦井人員定位系統。

　　1 系統功能

　　ZigBee的無線定位系統經濟實用，工作可靠，可實現對井下工作人員的精確跟蹤定位。該系統不但在發生事故時可發揮重要作用，也可對工作人員進行13常管理；既可對井下進行環境監測，也可完成人員定位任務。系統工作時，監控中心與終端可實現雙向通信，即監控中心可以廣播報警信號通知作業人員，作業人員也可以發送異常求救信號到監控中心 。

　　2 礦井ZigBee網絡的構建及硬件實現

　　2.1 ZigBee網絡的構建

　　工作人員作為ZigBee的終端節點，隨身攜帶RFD設備（使用電池供電），與上層的路由設備（FFD）保持無線聯絡。由于井下工作人員數量較多，故路由器采用分區域設置。考慮到突發情況，為了避免節點出現故障而與網絡斷開，可以采用網狀網絡（mesh）組網，這樣可保證數據不丟失。在網狀網絡的拓撲結構中，當其中某一個路由器（Router）出現故障時，則數據流選擇其他的路由器或協調器（Coordinator）進行數據流的傳輸。考慮到巷道較深，故路由器之問采用無線電波接力的方式實現無線通信的連接。數據經協調器實時匯總后發送到PC機，在監控終端可以實時獲取井下工作人員的集體信息。FFD設備作為協調器，采用有線電纜供電方式，同時要設有備用電源，防止災害發生時由于電纜中斷而無法正常工作 。

　　2.2 網絡的硬件實現

　　井下無線通信網絡硬件實現方式如圖1所示，其中JN5139 End device節點由井下人員隨身攜帶，作為終端節點，分布在各個巷道內，數量可以很多，實時與上層路由JN5139 Router節點之間進行信息的傳遞和接收，終端（End device）節點彼此之間不能進行通信，只能與上層的路由（Router）節點進行通信。JN5139 Router節點可作為管理節點，分布在各個巷道內，主要用于接收來自終端（End device）節點的信息并進行信息匯總，然后將收集并處理過的數據發送到協調器（Coordinator）節點。在網絡中可以根據需求來選擇路由節點個數，使其有效地管理各個巷道。協調器節點的主要任務是對來自各JN5139 Router節點的數據進行處理，經RS-232總線傳遞到PC機（網絡中該節點只能設置1個）。

　　3 無線定位系統的實現

　　3.1 無線定位系統的硬件實現

　　通過對ZigBee無線通信網絡的構建及無線定位算法LQI的研究，便可設計出如圖2所示的無線定位系統。

　　通信的實現：

　?。?）“待定位節點”即為井下工作人員隨身攜帶的終端節點，由于人員是不斷流動的，因此終端節點分布在巷道的任意位置，并與路由節點進行無線連接用于數據傳輸。

　?。?）“錨節點”由分布在各個巷道內位置固定的路由器節點組成，其中錨節點與待定位節點之間采用無線通信方式進行鏈接和數據傳輸，而各路由器之問則采用無線電波接力的方式。最后路由器將收到所有信息匯總到協調器節點。

　?。?）“協調器”對接收到的數據進行處理，然后經RS.232總線將數據輸送到地面的監控終端，實時顯示待定位節點（即工作人員）的動態信息。

3.2 系統的軟件實現

　　要想完成基于ZigBee的無線定位系統的設計，首先要對ZigBee的協議棧進行開發，具體的開發流程如圖3所示。該流程圖適用于平面或空間定位方案，路由節點和終端節點的個數由所選用的定位算法來確定。圖1中的路由節點作為錨節點，設置在巷道內相應的位置，而終端節點由井下工作人員隨身攜帶，從而實現對節點的定位。

　　要完成以上基于ZigBee網絡開發的流程圖的功能，需要對協調器（Coordinator）節點、路由（Rout·er）節點、終端（End device）節點分別編寫程序。以下是部分程序的說明：

　　ZigBee節點初始化函數：

　　協調器（Coordinator）節點的API函數說明：

　　4 結語

　　目前，國內外已有的井下監控與人員定位系統不能及時提供井下人員的動態分布情況及作業情況等信息，一旦出現事故，很難進行營救工作。因此，了解井下工作人員的動態信息對于解決災后的救援顯得非常重要。針對該問題設計的基于ZigBee的礦井無線定位系統，技術先進，功能完備，具有很高的實際應用價值。