0 引言
該系統是基于CAN和ZigBee技術的井下無線通信系統。主要作用是使礦山井下作業人員能較方便的進行雙向無線通信，并輔助實時人員跟蹤，便于企業合理的調度和管理，特別是礦難發生時，在原有線通信系統損害的情況下，對救援受困人員起很大的作用。
ZigBee是一種新興的基于IEEE 802．15．4短距離，低功耗的無線通信技術，主要適用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入到各種設備中，ZigBee技術可以用很少的能量在數千個微小的節點之間相互協調實現通信，以接力的方式通過無線電波數據從一個網絡節點傳到另一個節點，通信效率非常高。
CAN(Controller Area Network，CAN)是ISO國際標準化的串行通信協議，由1986年德國Bosch公司開發的，CAN總線已成為嵌入式工業控制局域網的標準總線，廣泛的應用于工業自動化、醫療設備、汽車等方面。
1 系統基本組成與工作原理
1．1 系統組成
結合煤礦應用的特殊情況，煤礦井下無線通信系統系統結構如圖1所示，由井上的上位機、通信接口及井下的CAN總線、ZigBee通信基站和ZigBee通信終端5部分組成，如圖1所示。
1．1．1 Can總線硬件組成
CAN總線使用兩端連接120 Ω終端電阻雙絞線通過通信接口連接到上位機，并與井下的各個ZigBee通信基站連接。當距離大于10 km時，在合適位置增加CANbridge網橋，改變網絡的拓撲結構，增加連接設備的能力。
1．1．2 ZigBee通信基站組成
通信基站分CAN節點、微控制器、ZigBee節點3個部分，如圖2所示。
其中CAN節點由CAN控制器、CAN驅動器、光電隔離模塊3部分組成，CAN控制器模塊選用TM320F2812，其中集成了CAN控制器，提供了完整的CAN協議。收發控制器采用PHZLZPS公司生產的PCA62C250。使用6N137光電耦合器使PCA62C250與TMS320F2812隔離，實現各CAN節點接的電氣隔離。
ZigBee可在868 MHz，915 MHz和2．4 GHz 3個頻段上進行。由于煤礦巷道的特殊結構和材料組成，不同頻率無線波在巷道中的衰減、受干擾程度不同，總體上頻段越高，衰減、受干擾的越小，所以選擇使用2．4GHz的頻段，采用Chipcon公司的CC2420，CC2420是IEEE802.15.4標準的低功耗單片集成度高的芯片。工作在2．4 GHz免費頻帶上。
1．1．3 移動通信終端組成
如圖3所示，ZigBee通信模塊選擇CC2420，語音處理模塊負責上下行語音的數模轉換，液晶屏與鍵盤負責人機交互，麥克負責語音的收集，喇叭負責語音的播放，電源可用充電電池。
1．2 工作原理
系統共有4個關鍵步驟，如圖4所示。
(1)ZigBee移動終端由工作人員帶入巷道，包含該終端地址和數據的數據包以射頻信號與ZigBee通信基站握手。
(2)ZigBee基站接收到射頻信號經處理后得到該數據包的地址和數據信息，以及天線信號參數，轉發給CAN總線。
(3)CAN總線對經MCU處理過的ZigBee基站解析的數據發送到上位機，該數據包包含移動ZigBee終端的ID號、數據及天線信號參數。
(4)上位機軟件解析CAN數據包發送的數據，如沒有呼叫則登記并管理該ZigBee通信終端的位置、電量、信號等參數。如該ZigBee終端呼叫其他終端則后臺軟件進行路由判斷，并與被呼叫終端建立路由，路由建立后進行語音數據傳輸，完成語音通信。
1．3 上位機軟件
上位機軟件采用．NET平臺開發，數據庫采用SQL2008，整個軟件模塊如圖5所示。
2 結語
相對于現煤礦已應用的井下無線通信系統，小靈通和WIFI技術，本文提供了一種較新的技術實現方式。ZigBee具有低成本、數據傳輸可靠、低功耗、節點通信設置易于配置、安全及技術相對成熟的特點。經驗證，該系統更好的滿足了井下無線通信的功能。