摘  要： 針對我國煤礦井下有線網(wǎng)絡(luò)布局?jǐn)U展性差,、覆蓋范圍不全以及對環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測能力不夠?qū)е骂A(yù)警時效性差等問題，提出了一種基于CTI技術(shù)和ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能電話報警系統(tǒng),。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)CTI集團(tuán)電話的電話錄音,、智能調(diào)度及交互式會議等基本功能，還可利用無線傳感器節(jié)點監(jiān)測煤礦內(nèi)瓦斯,、一氧化碳濃度和環(huán)境溫度等數(shù)據(jù),，并在相關(guān)參數(shù)超標(biāo)時利用該系統(tǒng)自動撥打報警電話并播放預(yù)先錄制的報警語音。通過系統(tǒng)的模擬運行可實現(xiàn)預(yù)先設(shè)計的相關(guān)功能,，系統(tǒng)運行穩(wěn)定,，具有良好的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞： CTI,；集團(tuán)電話,；ZigBee；無線傳感器網(wǎng)絡(luò),；智能報警

0 引言

　　CTI[1-3]技術(shù)被廣泛應(yīng)用在煤礦,、電力,、鐵路等多個部門,，具有良好的應(yīng)用前景。我國煤礦事故主要是由瓦斯及一氧化碳濃度超標(biāo)引發(fā)的[4]。我國煤礦大多采用有線網(wǎng)絡(luò)布局,，有線網(wǎng)絡(luò)具有靈活性差,、監(jiān)測范圍不全等不足。在報警方面,，大多采用擴(kuò)音喇叭播放報警提示音或短信貓發(fā)送預(yù)警信息的方法,，存在弊端。因此本文將CTI技術(shù),、ZigBee[5-6]技術(shù),、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，設(shè)計了一套可自動報警的集團(tuán)電話系統(tǒng),。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)需要的錄音,、調(diào)度、電話會議等功能,，還可在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測到相關(guān)數(shù)據(jù)超標(biāo)時自動撥打報警電話,，不僅方便用戶的使用，而且極大地提高了預(yù)警能力,。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　本系統(tǒng)集成了CTI,、ZigBee、傳感器網(wǎng)絡(luò)[7]和串口通信[8]等技術(shù),，整體架構(gòu)分底層,、操作系統(tǒng)及傳輸層、應(yīng)用層三層,，如圖1所示,。

2 系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 集團(tuán)電話設(shè)計

　　集團(tuán)電話接入技術(shù)一般使用交換機(jī)或者語音卡兩種方案[9-11]，本文選用杭州三匯SHT-8B/PCI語音卡方案,。

　　2.2 煤礦監(jiān)測設(shè)計

　　本文利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)以及無線傳感器節(jié)點的方案解決問題,。整體煤礦監(jiān)測布局如圖2所示。整體布局分為地面部分以及煤礦井下部分,，地面部分搭建了整個電話系統(tǒng)的硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，煤礦井下則為ZigBee傳感器節(jié)點的布局情況。

　　2.3 傳感器節(jié)點設(shè)計

　　傳感器節(jié)點一般由處理器,、無線傳輸,、傳感器和電源模塊4部分組成[12]，如圖3所示,。

　　利用Cortex-M0處理器芯片,、CC2530無線收發(fā)芯片以及瓦斯、一氧化碳濃度,、溫度3種傳感器探頭組成傳感器節(jié)點,。

　　2.4 自動報警功能設(shè)計

　　利用集團(tuán)電話,、ZigBee網(wǎng)絡(luò)及傳感器節(jié)點實現(xiàn)煤礦參數(shù)在線實時監(jiān)測并在相關(guān)參數(shù)超標(biāo)時自動報警。煤礦報警流程圖如圖4所示,。

　　系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,、分析。當(dāng)數(shù)據(jù)超過報警門限值時,，系統(tǒng)會自動撥打預(yù)先設(shè)定好的號碼,，播放預(yù)先錄制的告警語音，提示相關(guān)工作人員第一時間對險情進(jìn)行處理,。

　　本文將傳送的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀,，具體數(shù)據(jù)信息如下：

　　傳感器節(jié)點ID 瓦斯?jié)舛?一氧化碳濃度 溫度 … N路數(shù)據(jù) CRC-16校驗

　　（1）幀頭部分：數(shù)據(jù)幀中定義一個唯一的傳感器節(jié)點ID,，用以標(biāo)識傳感器節(jié)點本身,。

　　（2）數(shù)據(jù)部分：主要為瓦斯,、一氧化碳濃度/溫度,，后面為預(yù)留數(shù)據(jù)，方便擴(kuò)充,。

　?。?）幀尾：幀尾用來進(jìn)行差錯控制，差錯控制手段主要采用CRC-16校驗,。

3 部署與試驗

　　在實驗室搭建了平臺,，利用溫度、濕度,、光照強(qiáng)度3種傳感器進(jìn)行模擬實驗,。實驗中，在不同樓層,、不同實驗室布置多個ZigBee無線傳感器節(jié)點及內(nèi)線電話,。

　　以某實驗室布置的傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)為例。對于溫度傳感器,，分別在室溫,、空調(diào)制冷、空調(diào)加熱3種情況下進(jìn)行測試,，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示,；對于濕度傳感器，分別在實驗室正常情況,、用加濕器對濕度傳感器加濕兩種情況下進(jìn)行測試,，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示；對于光照傳感器,，分別在有陽光室外,、無陽光室外,、有陽光室內(nèi)、無陽光室內(nèi)4種情況下進(jìn)行測試,，監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3所示。將無線監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)采樣間隔時間設(shè)置為30 s,，即使在最大傳輸距離200 m的情況下,，丟包率仍小于1%。

　　實驗結(jié)果表明,，當(dāng)監(jiān)測到的溫,、濕度及光照強(qiáng)度值超過預(yù)先設(shè)定門限值時，系統(tǒng)成功撥打相應(yīng)數(shù)據(jù)超標(biāo)報警電話,。

　　經(jīng)試驗證明,，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)電話錄音,、電話調(diào)度,、交互式電話會議模塊中設(shè)計的所有功能；上位機(jī)服務(wù)器能夠準(zhǔn)確測量到實驗室環(huán)境中的溫,、濕度以及光照強(qiáng)度并在數(shù)據(jù)超標(biāo)時自動撥打報警電話,，成功模擬了煤礦環(huán)境下的報警功能，初步實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的所有功能,。

4 結(jié)論

　　本文針對小型煤礦設(shè)計了一套完整的集團(tuán)電話系統(tǒng),，該系統(tǒng)不僅具有煤礦生產(chǎn)所需要的電話錄音、電話調(diào)度,、電話會議功能,，還利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)及傳感器節(jié)點提升了煤礦井下監(jiān)測數(shù)據(jù)的便利性與易用性。在報警方面,，提出了更有安全性的報警機(jī)制——利用集團(tuán)電話實現(xiàn)自動報警,，大大提高了報警有效性。由于試驗環(huán)境有限,，未能將瓦斯?jié)舛葌鞲衅饕约耙谎趸紳舛葌鞲衅髟趯嶋H煤礦井下進(jìn)行真正部署試驗,，下一步將到實際環(huán)境中對整個系統(tǒng)進(jìn)行部署試驗。

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