CN102562157A - 一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，包括CPU微处理模块、与CPU微处理模块输入端相接的A/D转换模块和与A/D转换模块相接的传感器，以及与CPU微处理模块输出端相接的ZigBee无线通信模块，还包括给CPU微处理模块、A/D转换模块、传感器和ZigBee无线通信模块供电的供电模块，供电模块与CPU微处理模块、A/D转换模块、传感器和ZigBee无线通信模块均相接。本发明设计合理、布设方便、制作成本低且数据传输速度快，能通过ZigBee无线通信模块直接接入网络，有效解决了有线监控系统的数据传输速度慢、路径长、成本高等不能满足煤矿安全监控的需求以及存在安全隐患的问题。

Description

一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点

技术领域

本发明属于井下环境状况监测技术领域，具体是涉及一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点。

背景技术

煤矿的自然条件非常复杂，开采条件也极端多变，矿井中可能存在着各种灾害，增加了煤矿开采的不安全度，容易引发重大事故，给安全生产造成极大的困难。其中瓦斯灾害较为严重，是煤矿安全生产的主要威胁因素。矿井瓦斯主要是在开采过程中溢出的，因此矿井工作面瓦斯含量最大，严重威胁着采矿人员的生命安全，矿井中氧气含量会因为开采过程中瓦斯气体的释放而降低。这对采矿人员的安全也不利，为保证采矿人员安全，必须建立氧气浓度与瓦斯浓度进行实时监测的系统，当矿井中氧气和瓦斯超标时含量不足时，即时报警，告知管理人员加强通风，而采矿人员在氧气浓度不足时应撤离，或暂时不进入矿井中该区域。目前煤矿中主要以有线监控系统为基础进行氧气浓度的监测，此种监测方式存在着种种的局限性和不足，已经不能满足煤矿安全监控的需求，从而存在较大的安全隐患。为此，提出了一种用于煤矿氧气浓度监测的网格型无线传感器网络，将极大的提高煤氧气浓度与瓦斯监测与预警水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其电路设计合理、布设方便、制作成本低且数据传输速度快，能通过ZigBee无线通信模块直接接入网络，有效解决了有线监控系统的数据传输速度慢、路径长、成本高等不能满足煤矿安全监控的需求以及存在安全隐患的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：包括CPU微处理模块、与CPU微处理模块输入端相接的A/D转换模块和与A/D转换模块相接的传感器，以及与CPU微处理模块输出端相接的ZigBee无线通信模块，还包括给CPU微处理模块、A/D转换模块、传感器和ZigBee无线通信模块供电的供电模块，所述供电模块与CPU微处理模块、A/D转换模块、传感器和ZigBee无线通信模块均相接。

上述的一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：还包括与CPU微处理模块相接的数据存储模块。

上述的一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：所述CPU微处理模块为MSP430处理器。

上述的一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：所述供电模块为CR2354锂电池。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、电路设计合理、布设方便且实用性强。

2、采用灵敏度高、响应时间短的高精度微传感器，保证数据的可信度。

3、具有低功耗、智能化的特点，采用可充电电池供电。

4、对监测点没有要求，中心站与检测终端之间的数据传输采用无线传输，设备投资小，监测点的数量没有限制。

5、采用小型化模块化设计，安装方便配置灵活，可7*24小时的连续工作。

6、数据分级处理，处理能力强大，网络化管理。

7、制作成本低且数据传输速度快，能通过ZigBee无线通信模块直接接入网络，有效解决了有线监控系统的数据传输速度慢、路径长、成本高等不能满足煤矿安全监控的需求以及存在安全隐患的问题。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

附图标记说明：

1-CPU微处理模块；   2-A/D转换模块；3-传感器；

4-ZigBee无线通信模  5-供电模块；   6-数据存储模块。

块；

具体实施方式

如图1所示的一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，包括CPU微处理模块1、与CPU微处理模块1输入端相接的A/D转换模块2和与A/D转换模块2相接的传感器3，以及与CPU微处理模块1输出端相接的ZigBee无线通信模块4，还包括给CPU微处理模块1、A/D转换模块2、传感器3和ZigBee无线通信模块4供电的供电模块5，所述供电模块5与CPU微处理模块1、A/D转换模块2、传感器3和ZigBee无线通信模块4均相接。

本发明还包括与CPU微处理模块1相接的数据存储模块6。

所述CPU微处理模块1为MSP430处理器。

所述供电模块5为CR2354锂电池。

本发明中，传感器3的数量可以为多个，且多个高灵敏度的传感器均匀置于空气流通的矿井中，也可以采矿人员随身携带，传感器3经电缆与A/D转换模块2相连，A/D转换模块2再与CPU微处理模块1连接，CPU微处理模块1先将数据存入数据存储模块6，然后再调出来进行一定的处理，最后通过ZigBee无线通信模块传输给节点，节点在传输给终端主机。

其中，CPU微处理模块1是无线传感器节点核心部分，它负责控制整个传感器节点的运行，采集并处理本身采集的数据，判断何时发送数据，并接收其它节点发来的数据，同时判定执行器的动作。另外，能量计算、数据整合和数据转储程序等都在这个模块的支持下完成。在实际使用时，CPU微处理模块1选用TI公司超低功耗的MSP430处理器，该处理器是专门为嵌入式应用而设计的，采用16位RISC核，时钟频率4MHz，适用于不同类型外围设备的指令集。它拥有多个12位模/数转器以及可变的片上RAM，功能完整、集成度高，且根据存储容量的大小可选择多种引脚兼容的型号。

实际通信中，传感器节点既需要发射机又需要接收机，无线收发机是由上述两种设备组合成的单一实体。由于在无线信道上不能同时进行发送和接收，所以设计中采用半双工通信方式。通信设备采用CC1000芯片。CC1000芯片基于Chipcon公司的Smart RF技术，工作在300-1000MHz频带，具有250Hz步长可编辑频率。CC1000芯片集成了射频发射、射频接收、PLL合成、FSK调制解调等多种功能，同时它可以对晶振的温度漂移进行补偿。

综合测量精度、功耗、尺寸、可靠性和成本等因素，设计中选用了氧气电化学传感器。为了适应传感器体积小的特点，设计采用CR2354锂电池。CR2354额定工作输出电压3V，容量350mAh。常温环境中，保持工作电压2V-3V，可持续供电2个月以上。

检测终端安装在检测现场，主要通过各种传感器采集矿井巷道中瓦斯与氧气含量的数据，并分析、存储采集的数据，检测终端通过ZigBee网络作为数据传输的通道，将采集的数据传送到监测中心。检测终端包括两个部分：一是巷道氧气浓度与数据采集模块，负责对数据进行采集；二是ZigBee无线通信模块，该模块建立通信链路，实现数据的无线传输。

监测终端的作用主要完成微处理器与各传感器之间的数据采集与传输，并将采集到的数据以一定的格式发送到监测中心(上位机)，当发现环境中氧气低于给定阈值时，红灯亮起，报警提醒矿工此处氧气不足，当发现环境中瓦斯超标时黄灯亮起提示此处瓦斯超标，并将信息传输给控制总台。

使用时，将本套装置安装在矿井中，本装置进入工作状态后，即可对周围空气中氧气含量与瓦斯含量情况进行检测和分析，当发现矿井中氧气不足或瓦斯超标时，及时报警提醒矿井管理员及时通风。

综上所述，本发明通过利用无线传输最新的ZigBee技术，用于矿井人员携带或固定于矿井巷道中的氧气浓度和瓦斯浓度传感器，将环境中氧气浓度与瓦斯值传输到工作面端头的氧气浓度和瓦斯浓度控制系统中，从而实现井下环境的实时监测，进而保证了井下作业人员的生命安全。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：包括CPU微处理模块(1)、与CPU微处理模块(1)输入端相接的A/D转换模块(2)和与A/D转换模块(2)相接的传感器(3)，以及与CPU微处理模块(1)输出端相接的ZigBee无线通信模块(4)，还包括给CPU微处理模块(1)、A/D转换模块(2)、传感器(3)和ZigBee无线通信模块(4)供电的供电模块(5)，所述供电模块(5)与CPU微处理模块(1)、A/D转换模块(2)、传感器(3)和ZigBee无线通信模块(4)均相接。

2.按照权利要求1所述的一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：还包括与CPU微处理模块(1)相接的数据存储模块(6)。

3.按照权利要求1所述的一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：所述CPU微处理模块(1)为MSP430处理器。

4.按照权利要求1所述的一种井下环境状况无线监控系统用自组网节点，其特征在于：所述供电模块(5)为CR2354锂电池。