摘  要： 針對(duì)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(duì)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力不夠?qū)е骂A(yù)警時(shí)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(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)CTI集團(tuán)電話的電話錄音、智能調(diào)度及交互式會(huì)議等基本功能，還可利用無線傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(shí)利用該系統(tǒng)自動(dòng)撥打報(bào)警電話并播放預(yù)先錄制的報(bào)警語音。通過系統(tǒng)的模擬運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)計(jì)的相關(guān)功能，系統(tǒng)運(yùn)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(bào)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(gè)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(cè)范圍不全等不足。在報(bào)警方面，大多采用擴(kuò)音喇叭播放報(bào)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(jì)了一套可自動(dòng)報(bào)警的集團(tuán)電話系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)需要的錄音、調(diào)度、電話會(huì)議等功能，還可在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)到相關(guān)數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)自動(dòng)撥打報(bào)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(jì)

　　2.1 集團(tuán)電話設(shè)計(jì)

　　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(cè)設(shè)計(jì)

　　本文利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)以及無線傳感器節(jié)點(diǎn)的方案解決問題。整體煤礦監(jiān)測(cè)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(gè)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(diǎn)的布局情況。

　　2.3 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。

　　2.4 自動(dòng)報(bào)警功能設(shè)計(jì)

　　利用集團(tuán)電話、ZigBee網(wǎng)絡(luò)及傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)煤礦參數(shù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并在相關(guān)參數(shù)超標(biāo)時(shí)自動(dòng)報(bào)警。煤礦報(bào)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(bào)警門限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)撥打預(yù)先設(shè)定好的號(hào)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(shí)間對(duì)險(xiǎn)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(diǎn)ID 瓦斯?jié)舛?一氧化碳濃度 溫度 … N路數(shù)據(jù) CRC-16校驗(yàn)

　　（1）幀頭部分：數(shù)據(jù)幀中定義一個(gè)唯一的傳感器節(jié)點(diǎn)ID，用以標(biāo)識(shí)傳感器節(jié)點(diǎn)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。

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

3 部署與試驗(yàn)

　　在實(shí)驗(yàn)室搭建了平臺(tái)，利用溫度、濕度、光照強(qiáng)度3種傳感器進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，在不同樓層、不同實(shí)驗(yàn)室布置多個(gè)ZigBee無線傳感器節(jié)點(diǎn)及內(nèi)線電話。

　　以某實(shí)驗(yàn)室布置的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為例。對(duì)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(cè)試，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示；對(duì)于濕度傳感器，分別在實(shí)驗(yàn)室正常情況、用加濕器對(duì)濕度傳感器加濕兩種情況下進(jìn)行測(cè)試，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示；對(duì)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(cè)試，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。將無線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采樣間隔時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的溫、濕度及光照強(qiáng)度值超過預(yù)先設(shè)定門限值時(shí)，系統(tǒng)成功撥打相應(yīng)數(shù)據(jù)超標(biāo)報(bào)警電話。

　　經(jīng)試驗(yàn)證明，系統(tǒng)運(yùn)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(huì)議模塊中設(shè)計(jì)的所有功能；上位機(jī)服務(wù)器能夠準(zhǔn)確測(cè)量到實(shí)驗(yàn)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(shí)自動(dòng)撥打報(bào)警電話，成功模擬了煤礦環(huán)境下的報(bào)警功能，初步實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的所有功能。

4 結(jié)論

　　本文針對(duì)小型煤礦設(shè)計(jì)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(huì)議功能，還利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)及傳感器節(jié)點(diǎn)提升了煤礦井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的便利性與易用性。在報(bào)警方面，提出了更有安全性的報(bào)警機(jī)制——利用集團(tuán)電話實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，大大提高了報(bào)警有效性。由于試驗(yàn)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?shí)際煤礦井下進(jìn)行真正部署試驗(yàn)，下一步將到實(shí)際環(huán)境中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行部署試驗(yàn)。

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