煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)，首先，在煤礦井下各避難場(chǎng)所中布置無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集該避難場(chǎng)所的各種環(huán)境參數(shù)：包括場(chǎng)所內(nèi)部的溫度、濕度、氣壓、二氧化碳及其他有害氣體的濃度等；其次，在煤礦各采掘水平或采區(qū)形成初級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)該區(qū)域內(nèi)避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行匯總；第三，在井底車場(chǎng)形成井下總匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)匯總煤礦井下所有緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)；第四，將井底車場(chǎng)總匯聚節(jié)點(diǎn)的信息傳送至煤礦地面監(jiān)控中心。第五，在進(jìn)行環(huán)境控制時(shí)，信號(hào)方向可以下行傳輸，傳輸路由順序?yàn)橐陨系哪嫘蜻^程。本發(fā)明在組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用了集散式的信息交換結(jié)構(gòu)，采用了混合無線通信協(xié)議。
【專利說明】煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)，屬于無線測(cè)控領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下應(yīng)急避難場(chǎng)所(包括避難硐室和救生艙)是在煤礦井下發(fā)生事故后為無法及時(shí)撤離的相關(guān)工作人員提供一個(gè)安全的密閉空間。在這個(gè)空間中，需要對(duì)該場(chǎng)所中的環(huán)境進(jìn)行有效和準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和控制，使其能夠最大限度地滿足艙內(nèi)人員生存的需要。
[0003]目前，現(xiàn)有的應(yīng)急避難場(chǎng)所環(huán)境的測(cè)控方式都是采用單獨(dú)測(cè)控、有線傳輸(包括金屬電纜和光纖傳輸)。這樣的測(cè)控方式缺乏整體調(diào)節(jié)的能力；而有線傳輸方式在礦井發(fā)生災(zāi)害時(shí)存在傳輸線路被毀的問題，在礦井發(fā)生災(zāi)變時(shí)，一旦傳輸線路被毀，避難場(chǎng)所和外界的聯(lián)系即被切斷，使得緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境調(diào)控惡化，救援人員與避難人員的聯(lián)系中斷，從而危及避難人員的生命安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)煤礦緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)控，使煤礦井下緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境情況能夠在任何情況下都能實(shí)時(shí)反映到地面監(jiān)控中心，同時(shí)也能將調(diào)控信號(hào)及時(shí)傳輸?shù)骄o急避難系統(tǒng)，從而避免了有線信號(hào)傳輸?shù)膯栴}，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)對(duì)煤礦井下緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。
[0005]本發(fā)明是一種基于“集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)”的煤礦緊急避難場(chǎng)所環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)為煤礦井下各種緊急避難場(chǎng)所(包括各種避難硐室和救生艙)提供環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制的手段，同時(shí)也為煤礦救援提供參考。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]首先，在煤礦井下各避難場(chǎng)所中布置無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集該避難場(chǎng)所的各種環(huán)境參數(shù):包括場(chǎng)所內(nèi)部的溫度、濕度、氣壓、二氧化碳及其他有害氣體的濃度等；
[0008]其次，在煤礦各采掘水平或采區(qū)形成初級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)該區(qū)域內(nèi)避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行匯總；
[0009]第三，在井底車場(chǎng)形成井下總匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)匯總煤礦井下所有緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)；
[0010]第四，將井底車場(chǎng)總匯聚節(jié)點(diǎn)的信息傳送至煤礦地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤礦避難場(chǎng)所的監(jiān)控。
[0011]第五，在進(jìn)行環(huán)境控制時(shí)，信號(hào)方向可以下行傳輸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]通過參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明的以上和其它方面及優(yōu)點(diǎn)將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0013]圖1為本發(fā)明的煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了各種實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)施，且不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0015]在下文中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0016]參考附圖1，本發(fā)明在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用了集散式結(jié)構(gòu)，在通信網(wǎng)絡(luò)上采用混合式無線通信協(xié)議:
[0017]先由各避難場(chǎng)所構(gòu)成一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)，為整個(gè)集散網(wǎng)絡(luò)的最底層。在該層中，各避難場(chǎng)所的環(huán)境數(shù)據(jù)由傳感節(jié)點(diǎn)收集，同時(shí)各避難場(chǎng)所的環(huán)境數(shù)據(jù)之間可以進(jìn)行交換和通信，以便能夠獲知彼此間的環(huán)境參數(shù)信息。在本層中，各避難場(chǎng)所的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議使用ZigBee協(xié)議(通常使用此種無線傳輸協(xié)議，但不限于此)，便于進(jìn)行低功耗數(shù)據(jù)傳輸。
[0018]在同一采區(qū)的幾個(gè)避難場(chǎng)所的環(huán)境數(shù)據(jù)構(gòu)成集散網(wǎng)絡(luò)的第二層，該層的傳感節(jié)點(diǎn)為匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集本采區(qū)的數(shù)據(jù)。幾個(gè)采區(qū)之間的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信。鑒于在本層已經(jīng)形成了一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)，因此，各采區(qū)間的數(shù)據(jù)通信采用WiFi通信協(xié)議(通常使用此種無線傳輸協(xié)議，但不限于此)。
[0019]各采區(qū)數(shù)據(jù)同樣通過WiFi通信協(xié)議(通常使用此種無線傳輸協(xié)議，但不限于此)向井底車場(chǎng)匯聚，井底車場(chǎng)形成了整個(gè)井下避難場(chǎng)所環(huán)境數(shù)據(jù)的總匯聚節(jié)點(diǎn)。
[0020]井底車場(chǎng)在匯聚數(shù)據(jù)后向煤礦地面的監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)，通信協(xié)議為GPRS。監(jiān)控人員和救援人員可以根據(jù)井下各避難場(chǎng)所的環(huán)境數(shù)據(jù)確定調(diào)節(jié)方盒和救援方案。
[0021]進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的集中調(diào)節(jié)和控制時(shí)，信號(hào)的傳輸方向相反，即首先由地面監(jiān)控中心發(fā)出指令，送達(dá)井底車場(chǎng)，然后由井底車場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)送至各采區(qū)的節(jié)點(diǎn)，最終送達(dá)各避難場(chǎng)所。
[0022]本發(fā)明的工作原理如下:
[0023](I)在系統(tǒng)開始工作時(shí)，首先由各避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)傳感器采集環(huán)境參數(shù)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后將這些參數(shù)送入相應(yīng)的芯片。芯片可以將環(huán)境數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如接受到上傳指令后即向采區(qū)匯聚節(jié)點(diǎn)上傳，此外也可以與本層間的其他避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行交換。
[0024]該芯片除了有數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ芡?，還具有運(yùn)算和控制功能，可根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境情況發(fā)出控制指令?？刂菩酒袃煞N工作方式:其一為“就地”，其二為“遠(yuǎn)程”?！熬偷亍惫ぷ髂Ｊ绞歉鶕?jù)本避難場(chǎng)所的環(huán)境情況進(jìn)行環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)；“遠(yuǎn)程”則是接收上一層網(wǎng)絡(luò)傳來的控制指令進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0025]該芯片可以選用任一型號(hào)的16位單片機(jī)(如MSP430等)。
[0026](2)采區(qū)匯聚節(jié)點(diǎn)的主要工作是作為信息匯集和中繼節(jié)點(diǎn)來使用的，有上行和下行兩種工作模式。
[0027]上行模式是指采區(qū)的匯聚節(jié)點(diǎn)將本采區(qū)內(nèi)的環(huán)境信息進(jìn)行匯總，并向上一級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)(井底車場(chǎng)總匯聚節(jié)點(diǎn))進(jìn)行傳輸。
[0028]而下行模式則是指采區(qū)的匯聚節(jié)點(diǎn)在接收到上一級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)(井底車場(chǎng)總匯聚節(jié)點(diǎn))的指令后，向本采區(qū)內(nèi)的各避難場(chǎng)所的環(huán)境控制設(shè)備發(fā)出指令。
[0029]采區(qū)匯聚節(jié)點(diǎn)的傳輸協(xié)議采用WiFi協(xié)議(通常使用此種無線傳輸協(xié)議，但不限于此)。
[0030](3)在井底車場(chǎng)總匯聚節(jié)點(diǎn)收到環(huán)境信息后，可將相關(guān)的環(huán)境信息傳送至煤礦地面監(jiān)控中心。這部分的傳送協(xié)議采用GPRS傳輸協(xié)議。煤礦地面監(jiān)控中心可根據(jù)傳回的信息進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制，同時(shí)相關(guān)的人員也可以進(jìn)行救援工作。
[0031]本發(fā)明的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為集散式，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為混合式。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)，可采用的具體通信協(xié)議可采用多種。例如底層也可以使用Wifi通信協(xié)議，而中間層可采用ZigBee協(xié)議等。
[0032]只要是不同的通信協(xié)議構(gòu)成混合式、集散式的無線通信協(xié)議和系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，使用在煤礦井下緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境測(cè)控中均屬于本發(fā)明的范圍。
[0033]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn):
[0034]1、在傳輸?shù)慕橘|(zhì)上采用無線傳送方式，避免了電纜被毀后信息不能送達(dá)的缺點(diǎn)；
[0035]2、在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上采用集散式結(jié)構(gòu)，既便于底層各避難場(chǎng)所環(huán)境信息的交換，也便于地面監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)掌握全局；
[0036]3、信息的傳送協(xié)議采用混合式無線傳輸協(xié)議，對(duì)于各層通信的特點(diǎn)予以充分考慮，避免了使用單一通信協(xié)議帶來的問題。
[0037]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于: 首先，在煤礦井下各避難場(chǎng)所中布置無線傳感網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集該避難場(chǎng)所的各種環(huán)境參數(shù):包括場(chǎng)所內(nèi)部的溫度、濕度、氣壓、二氧化碳及其他有害氣體的濃度等; 其次，在煤礦各采掘水平或采區(qū)形成初級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)該區(qū)域內(nèi)避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行匯總； 第三，在井底車場(chǎng)形成井下總匯聚節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)匯總煤礦井下所有緊急避難場(chǎng)所的環(huán)境參數(shù)； 第四，將井底車場(chǎng)總匯聚節(jié)點(diǎn)的信息傳送至煤礦地面監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤礦避難場(chǎng)所的監(jiān)控； 第五，在進(jìn)行環(huán)境控制時(shí)，信號(hào)方向可以下行傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于: 進(jìn)行環(huán)境參數(shù)的集中調(diào)節(jié)和控制時(shí)，信號(hào)的傳輸方向相反，即首先由地面監(jiān)控中心發(fā)出指令，送達(dá)井底車場(chǎng)，然后由井底車場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)送至各采區(qū)的節(jié)點(diǎn)，最終送達(dá)各避難場(chǎng)所。
3.如權(quán)利要求2所述的煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:采用混合式無線通信協(xié)議，各避難場(chǎng)所的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議使用ZigBee協(xié)議，各采區(qū)間的數(shù)據(jù)通信采用WiFi通信協(xié)議。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:各避難場(chǎng)所的環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議使用WiFi協(xié)議，各采區(qū)間的數(shù)據(jù)通信采用ZigBee通信協(xié)議。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤礦緊急避難場(chǎng)所集散式無線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于:井底車場(chǎng)在匯聚數(shù)據(jù)后向煤礦地面的監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)，通信協(xié)議為GPRS。
【文檔編號(hào)】E21F17/18GK103696807SQ201310636891
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】姚舜才 申請(qǐng)人:姚舜才