CN102235177A - 一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统，包括便携式井下安全监测模块，实时监测获取井下的环境参数数据，并按照ZigBee传输协议发出所述环境参数数据；至少一个ZigBee路由节点，依次接收并传递所述环境参数数据，直至将所述环境参数数据传递至数据处理中心系统；数据处理中心系统，存储并分析处理所述环境参数数据，对井下环境进行预警。本发明提供了一种实现无线传输、低成本、监测实时有效的矿井环境监测系统，能够有效地改善井下安全条件，保障矿工生命安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井安全监测系统，更具体地，涉及一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统。
背景技术
近年来，矿井开采造成的各种矿难事故仍然频发，矿井安全正成为我国工业安全生产工作的重中之重。
虽然现有的矿井安监领域的产品设备，尤其是危险气体报警产品已经得到较大的普及，但剖析其工作原理，基本上都是利用简单的气体传感器采集危险气体浓度信号，并在浓度超标后报警。这种传统的报警型矿井安全产品功能相对单一，在预防矿井事故和突发情况处理中所能起到的作用极为有限。
目前建立的能够传输矿下采集的井下环境信号的安监系统，均需要铺设井下线路。这不仅成本巨大难以普及，也增加了井下工作环境的复杂性。而且随着采矿的进行，矿井不断延伸，使得现有的安监系统难以完全覆盖整个矿井，矿井延伸出的空间在现有的条件下不可能得到实时的监测，因而相当数量的矿工实际上仍然处于对井下环境缺乏实时监控的工作环境当中，当瓦斯等危险气体的局部超标时就会引发矿难。这也就是即使井下具有一定的监测设备的矿山，仍然时有矿难发生的原因。可见，现有的矿井安监系统不能完全满足需求。
近年来，无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)技术和ZigBee技术得到了较迅速的发展。无线传感器网络由大量传感器节点组成，传感器节点被密集地放置于测量环境当中，大量的传感器节点以自组织的方式组成网络，节点对探测到的信息进行初步处理后，以多跳中继的方式将信息传送至汇聚节点，然后通过互联网等途径到达用户终端所在的管理节点，而用户终端也可以通过管理节点对无线传感器网络进行管理。
为了满足小型低成本设备的无线联网要求，2000年IEEE成立IEEE 802.15.4工作组，研究开发了ZigBee技术，即一种低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。ZigBee技术利用无线数传模块形成一个无线数传网络平台，各个无线数传模块之间可以相互通信。基于ZigBee技术的无线传感器网络，使数据的自动采集、分析处理，以及网络组建和数据传输变得更加容易。
基于ZigBee技术的无线传感器网络能够适用于不需要很高的数据吞吐量和连续状态更新的工业应用，并且具有低功耗和低成本的优势。但是，目前这项技术并未在矿井安全监测领域得到应用。
我国从事井下开采工作的矿工约有六百万人以上，安全生产问题事关重大，人员安全始终是重中之重。因此，迫切地需要一种能够实现信号无线传输，井下实时监测，成本较低的矿井安全监测系统，从而克服现有的矿井安全监测系统存在的建设成本过高、功能单一、监测范围受限的缺陷，改善矿井安全环境，及时发现矿难苗头，防患于未然，维护矿工的生命安全。
发明内容
本发明提供了一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统，该系统能够首先利用传感器对有害气体等井下环境参数进行传感，通过数据采集和处理进行井下环境参数信号的采集以及输出，最后利用ZigBee技术建立无线传感器网络，实现和矿井外界的无线数据交换，并对井下采集的环境数据进行存储和管理，以及进一步的高级处理，例如分析和预测预警等。
所述基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统包括：
便携式井下安全监测模块，实时监测获取井下的环境参数数据，并按照ZigBee传输协议发出所述环境参数数据；
至少一个ZigBee路由节点，依次接收并传递所述环境参数数据，直至将所述环境参数数据传递至数据处理中心系统；
数据处理中心系统，存储并分析处理所述环境参数数据，对井下环境进行预警。
优选地，所述便携式井下安全监测模块包括：
多类型传感器模块，用于实时对井下的多种类型的环境参数进行传感形成环境参数信号；
数据采集和处理模块，用于对所述环境参数信号进行采集、处理，生成环境参数数据并输出；
ZigBee发射模块，按照ZigBee传输协议向外发出所述环境参数数据。
其中，所述多种类型的环境参数包括井下的甲烷气体浓度参数，一氧化碳气体浓度参数，硫化氢气体浓度参数，氧气浓度参数，温度参数以及湿度参数。
优选地，所述便携式井下安全监测模块设置于井下工作人员的安全帽内。
优选地，所述数据处理中心系统具有：
ZigBee接收模块，从所述ZigBee路由节点接收所述环境参数数据；
数据中心，用于存储和预处理所述环境参数数据；
分析预警系统，对从所述数据中心接收的数据进行识别，对井下环境进行预警；
控制中心，用于对所述数据处理中心系统进行控制，并控制将数据中心的数据送入响应中心；
响应中心，用于根据井下环境情况作出处理响应。
进一步优选地，所述数据处理中心系统还包括远程终端，用于使用户或上级主管部门远程接入数据处理中心系统；
其中，所述远程终端连接Internet，用户或上级主管部门通过Internet远程接入数据处理中心系统。
本发明的基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统，无需铺设线路，而且成本低廉，极大降低了安装和运营成本，适合在中小型煤矿推广。利用无线监控系统，地面或中心监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，能直观地监视和记录井下工作现场的环境，及时地发现有害气体浓度异常、温度升高等事故隐患，及时对各种井下异常情况作出处置反应，能够极大的改善井下安全监控条件，有力地保障矿工的生命安全。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1本发明实施例的基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统的结构示意图。如图所示，该基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统从整体上包括便携式井下安全监测模块10、ZigBee路由节点1-n以及数据处理中心系统20。
便携式井下安全监测模块10是一种利用ZigBee无线技术的多功能、低成本、低耗电、便于携带的井下环境传感监测装置。该模块由井下作业的矿工随身携带下井，这样该模块对井下环境参数的采样位置即是矿工实际所处的位置，与现有的安监系统固定的采样点相比，本发明的便携式井下安全监测模块10能够最大限度的反映矿工真实所处的井下环境。优选地，可以将其设置在矿工下井必须佩戴的安全帽上，这样做的一个好处是可以利用安全帽的照明电源为该模块供电，无需再为该模块单独设置电源。
便携式井下安全监测模块10用于实时监测获取井下的环境参数数据，并按照ZigBee传输协议发出所述环境参数数据。如图1，便携式井下安全监测模块10包括：多类型传感器模块101，用于实时对井下的多种类型的环境参数进行传感形成环境参数信号；数据采集和处理模块102，用于对所述环境参数信号进行采集、处理，生成环境参数数据并输出；ZigBee发射模块103，按照ZigBee传输协议，通过天线向外发出所述环境参数数据。
便携式井下安全监测模块10需要实时监测的环境参数包括井下的甲烷气体浓度参数，一氧化碳气体浓度参数，硫化氢气体浓度参数，氧气浓度参数，温度参数以及湿度参数。
ZigBee路由节点1从便携式井下安全监测模块10接收上述环境参数数据，并将数据传输给下一个ZigBee路由节点，依次类推，各个ZigBee路由节点依次接收上一个路由节点传输来的数据，并传递所述环境参数数据至下一个路由节点，直至ZigBee路由节点n将所述环境参数数据传递至数据处理中心系统20。
数据处理中心系统20一般位于地面，充当整个安监系统的数据分析预警中心和指挥中心，用于存储并分析处理来自井下的所述环境参数数据，对井下环境进行预警。
所述数据处理中心系统20具有：ZigBee接收模块201，通过天线从所述ZigBee路由节点n接收所述环境参数数据；
数据中心202是安监系统的中心服务器，用于存储和预处理所述环境参数数据；
分析预警系统203，对从所述数据中心202接收的数据进行识别，并根据其内部的知识数据库和安全策略配置判断井下环境是否还处在正常阈值内，一旦某一项井下环境超出正常范围，例如甲烷气体浓度过高或是氧气浓度过低，则立即对井下环境进行预警；
控制中心204，用于对所述数据处理中心系统20进行控制，并控制将数据中心204的数据送入响应中心205；响应中心205用于根据井下环境情况作出处理响应。
进一步优选地，所述数据处理中心系统20还包括远程终端206，用于使用户或上级主管部门能够远程接入数据处理中心系统，该远程终端206连接Internet，使得用户或上级主管部门可以通过Internet远程接入数据处理中心系统20。这样，系统用户即使离开矿山，也可以联网随时获得井下的安全监测情况。矿井的上级主管部门，例如安监局，也可以利用Internet网络，及时有效地远程调取矿井安全监测数据，方便了对矿井安全生产情况进行监督、管理、应急处理和事故调查。
以上所述，仅为发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统，其特征在于，包括：
便携式井下安全监测模块，实时监测获取井下的环境参数数据，并按照ZigBee传输协议发出所述环境参数数据；
至少一个ZigBee路由节点，依次接收并传递所述环境参数数据，直至将所述环境参数数据传递至数据处理中心系统；
数据处理中心系统，存储并分析处理所述环境参数数据，对井下环境进行预警。
2.根据权利要求1所述的矿井安监无线传感器网络系统，其特征在于，所述便携式井下安全监测模块包括：
多类型传感器模块，用于实时对井下的多种类型的环境参数进行传感形成环境参数信号；
数据采集和处理模块，用于对所述环境参数信号进行采集、处理，生成环境参数数据并输出；
ZigBee发射模块，按照ZigBee传输协议向外发出所述环境参数数据。
3.根据权利要求2所述的矿井安监无线传感器网络系统，其特征在于，所述多种类型的环境参数包括井下的甲烷气体浓度参数，一氧化碳气体浓度参数，硫化氢气体浓度参数，氧气浓度参数，温度参数以及湿度参数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的矿井安监无线传感器网络系统，其特征在于，所述便携式井下安全监测模块设置于井下工作人员的安全帽内。
5.根据权利要求1所述的矿井安监无线传感器网络系统，其特征在于，所述数据处理中心系统包括：
ZigBee接收模块，从所述ZigBee路由节点接收所述环境参数数据；
数据中心，用于存储和预处理所述环境参数数据；
分析预警系统，对从所述数据中心接收的数据进行识别，对井下环境进行预警；
控制中心，用于对所述数据处理中心系统进行控制，并控制将数据中心的数据送入响应中心；
响应中心，用于根据井下环境情况作出处理响应。
6.根据权利要求5所述的矿井安监无线传感器网络系统，其特征在于，所述数据处理中心系统还包括远程终端，用于使用户或上级主管部门远程接入数据处理中心系统。
7.根据权利要求6所述的矿井安监无线传感器网络系统，其特征在于，所述远程终端连接Internet，用户或上级主管部门通过Internet远程接入数据处理中心系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111109 |