專利名稱：一種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井下的監(jiān)測系統(tǒng)，具體是一種基于無線傳感網(wǎng)的礦帽圖像傳輸節(jié)點和井下復(fù)雜物理環(huán)境下的監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在煤礦井下，由于環(huán)境復(fù)雜，不易布線，各類事故易發(fā)。為了有效保護采集人員的生命安全，在礦井中布置各種監(jiān)控設(shè)施，及時的獲取礦井中的信息，這樣能有效避免人員傷亡事故的發(fā)生。在事故發(fā)生后及時掌握礦井中的情況，有利于開展應(yīng)急救援行動，最大程度上保護工作人員生命安全。礦井信息表征包括易燃氣體、溫濕度、二氧化碳、二氧化硫、大氣 壓等氣體指標(biāo)，定位信息以及現(xiàn)場的圖像信息。地面監(jiān)控中心對煤礦井的表征信息綜合分析處理，才能有效的預(yù)防事故以及制定事故處理方案。而在此過程中，有三個主要問題需要解決，第一個問題是解決煤礦井下和井口的信息表征參數(shù)的采集；第二個問題是井下工作人員的攜帶和節(jié)點分布問題；第三個問題是監(jiān)控中心對表征參數(shù)處理，存儲及報警處理問題。目前，圖像參數(shù)從煤礦井中向監(jiān)控中心傳輸大部分采用有線連接方式。即通過人工布線或者將采集數(shù)據(jù)直接存儲至采集卡中。上述方法存在成本高和需要人工干預(yù)處理的缺點。通過對現(xiàn)有的技術(shù)搜索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)朇N102186057A，名為“甜瓜靜態(tài)圖像的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)裝置”，該專利從圖像傳感器下載圖像，暫時緩存，由通信接口按照約定格式經(jīng)ZigBee信道傳輸至嵌入式中央處理模塊集中存儲，然后通過3G理由傳回監(jiān)控中心。中國專利申請?zhí)?01010151610. 3，名為“一種基于ZigBee的礦井安監(jiān)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”，該專利提出便攜式井下安全檢測模塊，包括多類型傳感器模塊，數(shù)據(jù)采集和處理模塊、ZigBee發(fā)射模塊。通過傳感器網(wǎng)絡(luò)將采集到的環(huán)境信息傳遞至數(shù)據(jù)處理中心。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其傳輸井下物理環(huán)境方便，且成本低，通信良好。本發(fā)明的技術(shù)方案為
一種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置于井下依次連接的多個便攜式礦帽節(jié)點、多個中繼路由節(jié)點、匯聚節(jié)點、遠程傳輸模塊和設(shè)置于井上與遠程傳輸模塊連接的監(jiān)控中心；所述的便攜式礦帽節(jié)點包括設(shè)置于礦帽內(nèi)的微處理器，與微處理器連接的傳感器、第一無線收發(fā)模塊和鋰電池，所述的傳感器依次通過微處理器、第一無線收發(fā)模塊與中繼路由節(jié)點連接。所述的礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)還包括有設(shè)置于井下礦井口的GPS定位節(jié)點，GPS定位節(jié)點包括GPS定位模塊和無線傳輸模塊，所述的GPS定位模塊通過無線傳輸模塊與所述的匯聚節(jié)點連接。
所述的傳感器包括有圖像傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、大氣壓傳感器、可燃氣體傳感器、硫化氫傳感器和ニ氧化碳傳感器。所述的中繼路由節(jié)點包括有第二無線收發(fā)模塊。所述的匯聚節(jié)點包括第三無線收發(fā)模塊和有線通訊接ロ，所述的有線通訊接ロ與遠程傳輸模塊連接。所述的遠程傳輸模塊是由3G路由、Internet或者GPRS模塊構(gòu)成。所述的監(jiān)控中心是由GSM模塊、監(jiān)測計算機組成。所述的便攜式礦帽節(jié)點的微處理器上連接有光源、蜂鳴器和集成電源管理音頻編解碼器；所述的便攜式礦帽節(jié)點的微處理器直接與遠程傳輸模塊連接。
所述的有線通訊接ロ選用RS232接ロ。本發(fā)明的優(yōu)點
本發(fā)明將井下物理環(huán)境信息通過多跳方式傳遞至井ロ。井口把GPS信息和井下物理環(huán)境信息融合后，通過遠程傳輸模塊傳遞至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心分析軟件通過收集信息分析處理，提前預(yù)警，有序撤離，有效的減少事故的發(fā)生。且能在事故發(fā)生時，通過對收集信息的分析處理，能快速確定事故發(fā)生礦井位置，制定應(yīng)急處理方案，極大的保證了作業(yè)人員的井下安全。


圖I是本發(fā)明的原理框圖。圖2是本發(fā)明便攜式礦帽節(jié)點的原理框圖。
具體實施例方式見圖1，ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置于井下的多個便攜式礦帽節(jié)點I、多個中繼路由節(jié)點2、GPS定位節(jié)點3、匯聚節(jié)點4、遠程傳輸模塊5和設(shè)置于井上與遠程傳輸模塊5連接的監(jiān)控中心6 ;便攜式礦帽節(jié)點I依次通過中繼路由節(jié)點2、匯聚節(jié)點4與遠程傳輸模塊5連接；GPS定位節(jié)點3通過匯聚節(jié)點4與遠程傳輸模塊5直接連接；且便攜式礦帽節(jié)點I與遠程傳輸模塊5直接連接；
見圖2，便攜式礦帽節(jié)點I包括設(shè)置于礦帽內(nèi)的微處理器7，與微處理器7連接的傳感器、第一無線收發(fā)模塊9、鋰電池10、光源11、蜂鳴器12和集成電源管理音頻編解碼器13 ；傳感器包括圖像傳感器81、溫度傳感器82、濕度傳感器83、大氣壓傳感器84、可燃氣體傳感器85、硫化氫傳感器86和ニ氧化碳傳感器87 ;圖像傳感器81、溫度傳感器82、濕度傳感器83、大氣壓傳感器84、可燃氣體傳感器85、硫化氫傳感器86和ニ氧化碳傳感器87均通過微處理器7與第一無線收發(fā)模塊9連接；鋰電池10直接給大氣壓傳感器84、可燃氣體傳感器85、硫化氫傳感器86、ニ氧化碳傳感器87、光源11和蜂鳴器12供電；鋰電池10通過集成電源管理音頻編解碼器13轉(zhuǎn)換后給圖像傳感器81、溫度傳感器82、濕度傳感器83供電。由于傳感器輸出模擬電壓為5V,微處理器的AD米樣基準(zhǔn)電壓僅為3. 3V,故將模擬電壓分壓后，經(jīng)采樣接ロ采樣；
中繼路由節(jié)點2包括有第二無線收發(fā)模塊，功能為轉(zhuǎn)發(fā)便攜式礦帽節(jié)點采集的到的數(shù)據(jù)信息；GPS定位節(jié)點3包括GPS定位模塊和無線傳輸模塊，GPS定位模塊通過無線傳輸模塊與匯聚節(jié)點連接，主要功能為對礦井口進行坐標(biāo)定位，以此區(qū)分不同的礦井口 ；匯聚節(jié)點4包括第三無線收發(fā)模塊和RS232接口，RS232接口與遠程傳輸模塊連接，功能為將第三無線收發(fā)模塊接收來的數(shù)據(jù)，通過RS232接口傳輸至遠程傳輸模塊；遠程傳輸模塊5是由3G路由、Internet或者GPRS模塊構(gòu)成，功能為將匯聚后的數(shù)據(jù)通過該模塊傳輸至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心6是由GSM模塊、監(jiān)測計算機組成，GSM模塊通過USB接口與監(jiān)控計算機相連，功能為對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，實施報警。本發(fā)明的使用原理
(1)、便攜式礦帽節(jié)點I的微處理器7通 過控制多個傳感器采集環(huán)境的硫化氫、甲烷、二氧化碳濃度，溫濕度，大氣壓指標(biāo)并按約定的幀格式通過第一無線收發(fā)模塊9傳出，同時微處理器7通過與圖像傳感器指令交互，把拍攝好的圖像數(shù)據(jù)按預(yù)定幀格式通過第一無線收發(fā)模塊9傳出，然后所有信息集合于多個中繼路由節(jié)點2上；
(2)、GPS定位節(jié)點3獲取礦井口坐標(biāo)定位信息；
(3)、匯聚節(jié)點4將GPS定位節(jié)點3上的GPS信息和中繼路由節(jié)點2上的井下物理環(huán)境信息融合，然后通過遠程傳輸模塊5傳輸給監(jiān)控中心6 ；
(4)、監(jiān)控中心6對數(shù)據(jù)進行實時處理首先判斷接收數(shù)據(jù)是否超標(biāo)，當(dāng)數(shù)據(jù)超標(biāo)時對比專家數(shù)據(jù)數(shù)庫，提示解決方案，并依照設(shè)定閾值向作業(yè)員發(fā)送報警指示，即通過遠程傳輸模塊5將報警信息傳輸給便攜式礦帽節(jié)點I上的光源11和蜂鳴器12通知井下作業(yè)人員，最后將相關(guān)接收數(shù)據(jù)和報警信息按照約定類型存入不同的數(shù)據(jù)庫中。由于圖像數(shù)據(jù)量大，對接收的圖像約定信息存儲與文本文件中，一幀圖像接收完成后，生成圖像，并存儲至圖像數(shù)據(jù)庫，工作人員可以通過設(shè)定瀏覽時間或者按鈕瀏覽采集圖像數(shù)據(jù)。設(shè)定每個節(jié)點三分鐘發(fā)送一幀心跳包，通過心跳包的信號強度生成拓撲結(jié)構(gòu)和預(yù)測節(jié)點間的距離。曲線分析是對一段時間表征信息進行分析，預(yù)測環(huán)境的變化情況以及電池的剩余電量。當(dāng)處理數(shù)據(jù)超出指標(biāo)時，直接存入報警數(shù)據(jù)庫中，供用戶回查。組網(wǎng)時在事故易發(fā)點、信號強度較弱點，應(yīng)放置路由器來保證良好通信。
權(quán)利要求
1.ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括設(shè)置于井下依次連接的多個便攜式礦帽節(jié)點、多個中繼路由節(jié)點、匯聚節(jié)點、遠程傳輸模塊和設(shè)置于井上與遠程傳輸模塊連接的監(jiān)控中心；所述的便攜式礦帽節(jié)點包括設(shè)置于礦帽內(nèi)的微處理器，與微處理器連接的傳感器、第一無線收發(fā)模塊和鋰電池，所述的傳感器依次通過微處理器、第一無線收發(fā)模塊與中繼路由節(jié)點連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)還包括有設(shè)置于井下礦井口的GPS定位節(jié)點，GPS定位節(jié)點包括GPS定位模塊和無線傳輸模塊，所述的GPS定位模塊通過無線傳輸模塊與所述的匯聚節(jié)點連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的傳感器包括有圖像傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、大氣壓傳感器、可燃氣體傳感器、硫化氫傳感器和ニ氧化碳傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的中繼路由節(jié)點包括有第二無線收發(fā)模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的匯聚節(jié)點包括第三無線收發(fā)模塊和有線通訊接ロ，所述的有線通訊接ロ與遠程傳輸模塊連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的遠程傳輸模塊是由3G路由、Internet或者GPRS模塊構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的監(jiān)控中心是由GSM模塊、監(jiān)測計算機組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的便攜式礦帽節(jié)點的微處理器上連接有光源、蜂鳴器和集成電源管理音頻編解碼器；所述的便攜式礦帽節(jié)點的微處理器直接與遠程傳輸模塊連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的有線通訊接ロ選用RS232接ロ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦井井下物理環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置于井下依次連接的多個便攜式礦帽節(jié)點、多個中繼路由節(jié)點、匯聚節(jié)點、遠程傳輸模塊和設(shè)置于井上與遠程傳輸模塊連接的監(jiān)控中心；便攜式礦帽節(jié)點包括設(shè)置于礦帽內(nèi)的微處理器，與微處理器連接的傳感器、第一無線收發(fā)模塊和鋰電池，傳感器依次通過微處理器、第一無線收發(fā)模塊與中繼路由節(jié)點連接。本發(fā)明將GPS信息和井下物理環(huán)境信息融合后，通過遠程傳輸模塊傳遞至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心分析軟件通過收集信息分析處理，提前預(yù)警，有序撤離，有效的減少事故的發(fā)生。且能在事故發(fā)生時，快速確定事故發(fā)生礦井位置，制定應(yīng)急處理方案，極大的保證了作業(yè)人員的井下安全。
文檔編號E21F17/18GK102852554SQ20121012490
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者胡艷軍, 仇樂樂, 許耀華 申請人:安徽大學(xué)