摘 要： 針對我國煤礦井下有線網(wǎng)絡布局擴展性差、覆蓋范圍不全以及對環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測能力不夠導致預警時效性差等問題，提出了一種基于CTI技術和ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的智能電話報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)CTI集團電話的電話錄音、智能調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)測煤礦內瓦斯、一氧化碳濃度和環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，并在相關參數(shù)超標時利用該系統(tǒng)自動撥打報警電話并播放預先錄制的報警語音。通過系統(tǒng)的模擬運行可實現(xiàn)預先設計的相關功能，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有良好的應用前景。
關鍵詞： CTI；集團電話；ZigBee；無線傳感器網(wǎng)絡；智能報警
0 引言
CTI[1-3]技術被廣泛應用在煤礦、電力、鐵路等多個部門，具有良好的應用前景。我國煤礦事故主要是由瓦斯及一氧化碳濃度超標引發(fā)的[4]。我國煤礦大多采用有線網(wǎng)絡布局，有線網(wǎng)絡具有靈活性差、監(jiān)測范圍不全等不足。在報警方面，大多采用擴音喇叭播放報警提示音或短信貓發(fā)送預警信息的方法，存在弊端。因此本文將CTI技術、ZigBee[5-6]技術、無線傳感器網(wǎng)絡進行融合，設計了一套可自動報警的集團電話系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)需要的錄音、調度、電話會議等功能，還可在無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測到相關數(shù)據(jù)超標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警能力。
1 系統(tǒng)架構
本系統(tǒng)集成了CTI、ZigBee、傳感器網(wǎng)絡[7]和串口通信[8]等技術，整體架構分底層、操作系統(tǒng)及傳輸層、應用層三層，如圖1所示。
2 系統(tǒng)設計
2.1 集團電話設計
集團電話接入技術一般使用交換機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)測設計
本文利用ZigBee網(wǎng)絡以及無線傳感器節(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)絡結構，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 自動報警功能設計
利用集團電話、ZigBee網(wǎng)絡及傳感器節(jié)點實現(xiàn)煤礦參數(shù)在線實時監(jiān)測并在相關參數(shù)超標時自動報警。煤礦報警流程圖如圖4所示。
系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進行處理、分析。當數(shù)據(jù)超過報警門限值時，系統(tǒng)會自動撥打預先設定好的號碼，播放預先錄制的告警語音，提示相關工作人員第一時間對險情進行處理。
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，后面為預留數(shù)據(jù)，方便擴充。
（3）幀尾：幀尾用來進行差錯控制，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、光照強度3種傳感器進行模擬實驗。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、空調制冷、空調加熱3種情況下進行測試，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、無陽光室內4種情況下進行測試，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%。
實驗結果表明，當監(jiān)測到的溫、濕度及光照強度值超過預先設定門限值時，系統(tǒng)成功撥打相應數(shù)據(jù)超標報警電話。
經(jīng)試驗證明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠實現(xiàn)電話錄音、電話調度、交互式電話會議模塊中設計的所有功能；上位機服務器能夠準確測量到實驗室環(huán)境中的溫、濕度以及光照強度并在數(shù)據(jù)超標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)設計的所有功能。
4 結論
本文針對小型煤礦設計了一套完整的集團電話系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有煤礦生產(chǎn)所需要的電話錄音、電話調度、電話會議功能，還利用ZigBee網(wǎng)絡及傳感器節(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制——利用集團電話實現(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)進行部署試驗。
參考文獻
[1] 呂村.基于語音版卡的呼叫中心系統(tǒng)設計[J].通信技術，2009，42（1）：328-330.
[2] Chen Yongchao， Ma Yahui， Chen Huiping. Research of CTI applications system of small and medium-sized enterprises based on voice card[C]. 2010 International Forum on Information Technology and Applications（IFITA），2010，3：409-412.
[3] Duan Yunfeng， Song Junde. The design and implementation of Internet call center[C]. International Conference on Communication Technology Proceedings， WCC-ICCT， 2000，1：106-109.
[4] 趙延明，高軍，楊國慶，等.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].煤礦機電，2007（3）：39-41.
[5] Ge Bin， Li Huizong. The research on ZigBee-based mine safety monitoring system[C]. 2011 International Conference on Electric Information and Control Engineering （ICEICE）， 2011：1837-1840.
[6] 劉偉永，王鳳瑛.基于ZigBee技術的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].微型機與應用，2013，32（11）：64-65.
[7] 黃慶元.現(xiàn)代傳感技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.
[8] 李景峰，楊麗娜，潘恒.Visual C++串口通信技術詳解（第一版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.
[9] 鄧李暉.基于CTI技術小型呼叫中心的設計與實現(xiàn)[J].信息系統(tǒng)工程，2012（1）：28-29.
[10] 許娓.呼叫中心的核心技術及組成[J].電腦與信息技術，2001（6）：15-18.
[11] 李大川.兩類客戶服務中心方案的比較[J].郵電設計技術，1999（2）：26-29.
[12] 李建中，高宏.無線傳感器網(wǎng)絡的研究進展[J].計算機研究與發(fā)展，2008（1）：1-15.