无线传感器网络在矿山环境监测中的应用研究

无线网络传感器网络主要任务就是协同配合的收集、整理并分析大量节点在所监测区域中相关监测对象的各类信息，并将其上传到统一管理中心。对无线传感器网络在矿山环境监测中的应用进行研究对于矿山环境监测有着重要的现实意义。

一、无线传感器网络在矿山环境监测中应用的特点

在矿山环境监测中无线传感器网络的特征主要表现在以下几个方面：第一，网络规模较大。为了进一步提升信息数据的准确性，必须在需要监测的矿山环境中安排大量传感器节点。传感器节点的设置则具有大规模性，一是传感器节点分布在矿山较大的地理区域中;二是传感器节点设置密集。在不同空间视角下所获取的信息信噪比更大[1]。大规模传感器所获取的信息能够有效提升矿山环境监测的准确性。大量冗余节点可以提升无线传感器网络系统的容错性能，并且拓展无线传感器网络的覆盖区域，减少监测盲区。第二，自组织网络。在无线传感器网络应用中各个节点的位置无法预先精确判断，这就需要传感器节点拥有自组织能力。无线传感器网络中工作的节点数量就会相应变化，从而导致网络拓扑结构也出现持续变化。无线传感器网络的自组织性就是在矿山环境监测中时刻伴随着这一类型拓扑结构的动态变化而变化。第三，可靠的网络。由于无线传感器网络在矿山环境监测中所设置位置的环境较为恶劣，后期使用网络维护较为困难。同时，由于无线传感器网络的保密性与安全性也十分关键，需要避免监测数据被非法盗取与伪造。所以，要求无线传感器网络的软硬件都具备较高的鲁棒性与容错性。

二、无线传感器网络在矿山环境监测中的应用

无线传感器网络中的每一个传感器都具备监测功能，同时还拥有信号接收、处理、判断，控制监测系统开关、发动以及按照信号情况对监测系统开关进行控制的功能，可以将多传感系统中的每个传感器命名为传感器节点。无线传感器网络系统要求传感器节点内部具备存储、分析、决策等不同作用，系统内各个节点所监测得到的数据与分析结果进行相互调用，通信方式根据时间同步机制运作，以此为基础形成传感器节点模型[2]。其中，检测器模块主要用于对矿山区域中信息数据的获取与传输;处理器模块则用于对传感器节点的工作、处理、分析以及传输数据进行控制管理;无线通信模块的主要任务在于与其他传感器进行信息交换，相互传递控制信息以及收发采集数据;电源模块主要用于传感器节点运行控制所需要的能量，一般使用微型电池提供。

无线传感器网络硬件设计。(1)控制单元。控制电源是传感器节点中的核心元件，主要用于处理数据并协调系统的运行。为了能快速建立传感器节点平台可以使用ATmegal28L作为节点控制单元，计算机性能良好，对无线传感器网络操作系统的支持良好;(2)无线通信模块。CC2420是一款常用的射频收发器，外部元件数量较少，性能稳定、功耗极低。CC2420与微处理器之间的连接十分便捷;(3)存储模块。ATmegal28L微控制器自带数据存储区域，但是为了满足节点代码的自动更新、节点信息配置需要外设相应的数据存储器供使用;(4)温湿度传感器。温湿度传感器使用SHT11芯片，其中涵盖了电容性聚合体湿度敏感元件以及温度敏感元件，该两种敏感元件可以将温度与湿度转变为电信号，拥有准确度高、成本低、功耗低、使用便捷等优势;(5)瓦斯传感器。KGS-20是一种材质为二氧化锡的明暗材料，用于可燃气体几分熟检测的半导体型气体传感装置。该传感器体积小、能耗低、电路简易、响应时间短，十分适用于矿山环境中瓦斯等可燃气体的检测。

第二，无线传感器网络软件设计。无线传感器网络监测节点接通电源工作后，首先初始化硬件并将其设置为默认参数，节点开始搜索ZigBee协调器创建的网络，并发送加入请求。普通监测节点进入正常工作状态后按照设定采集时间，定期获取传感器模块所监测获取的环境参数值，经过处理后定期多跳回传至汇聚节点或将其缓存至本地，按照上位机达到指令进行回传。当普通监测结点收到上位机参数设置命令时，则可以按照接收到的参数内容对节点参数进行设置，设置的主要数据有自动采集模式、自动休眠模式等[3]。自动休眠模式的应用主要是从系统的能源消耗方面考虑，空闲时间使其处于休息状态，工作时自动唤醒，这样不仅仅可以延长节点上传感器的使用年限，还能够降低系统的能耗。

三、结束语

无线传感器网络是由大量节点构成的，以自组织的形式形成无线通信网络体系，通过大量节点来感知、监测与采集矿山环境信息，并将其传输至调度室。无线传感器网络拥有其他传统环境监测系统不具备的优势，十分适合用于矿山环境监测。

摘要：无线传感器网络在矿山环境监测中具有大规模网络、自组织网络以及可靠的网络等特点，可以按照矿山环境监测的需求设计相应的硬件与软件，以满足矿山环境的监测要求。现文章主要针对无线传感器网络在矿山环境监测中的应用进行研究。

关键词：无线传感器网络,矿山环境监测,应用实践

参考文献

[1] 徐荣,刘辉.无线传感器在环境监测数据采集与传输中的应用前景[J].喀什大学学报,2018,39(3):45-50.

[2] 王昆,张伟.基于无线传感器网络新技术的矿山环境监测系统设计[J].中国锰业,2018,36(4):203-206.

[3] 蒋丹,董欣.无线传感器网络在环境监测系统中的研究与应用[J].环境与发展,2018,30(3):166.