CN102685212A - 一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统及其实现方法 - Google Patents

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陈勇
高尚
石南
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南京龙渊微电子科技有限公司
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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统及其实现方法,该系统包括由若干个测量节点组成的无线传感网络和监测装置,所述监测装置包括基站节点和监控终端设备,所述每个测量节点包括温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器和微处理器,其中温度传感器、湿度传感器和ZigBee协议射频收发器分别与微处理器相连,温度传感器、湿度传感器将检测到的温度、湿度信息发送给微处理器进行处理后通过ZigBee协议射频收发器发送给基站节点,所述基站节点接收并存储无线传感网络发送的温度、湿度信息同时将信息发送到监控终端设备上。本发明具有体积小、功耗少、快速组网等优点。

Description

一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统及其实现方法
技术领域
[0001] 本发明属于矿井温、湿度检测技术领域,特别是一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统及方法。
背景技术
[0002] 对矿井温、湿度检测是一种很复杂的工程,现有的检测系统包括若干传感器,这些传感器都通过有线的方式与检测终端设备连接,通过有线的方式构成传感网络。由于矿井比较深,井下的状况复杂,铺设有线网络的时候非常复杂,给铺设的工人带来很多困难,并且铺设的时候非常危险,会给铺设的工人造成身体上的伤害; 设备铺设好之后功耗很大,浪费很多能源,铺设好的设备维护起来也非常不方便,工人维护的时候还需要下到矿井下面进行维护,相当困难。
[0003] 总之,现有技术中的矿井温、湿度监测系统不能适应工程发展的需求。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统及实现方法。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统,包括由若干个测量节点组成的无线传感网络和监测装置,所述监测装置包括基站节点和监控终端设备,所述每个测量节点包括温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器和微处理器,其中温度传感器、湿度传感器和ZigBee协议射频收发器分别与微处理器相连,温度传感器、湿度传感器将检测到的温度、湿度信息发送给微处理器进行处理后通过ZigBee协议射频收发器发送给基站节点,所述基站节点接收并存储无线传感网络发送的温度、湿度信息同时将信息发送到监控终端设备上。
[0006] 一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统的实现方法,包括以下步骤:
步骤I、在矿井内不同位置设置测量节点,所述每个测量节点设有温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器、显示模块和微处理器,其中温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器、显示模块分别与微处理器相连;
步骤2、布设好测量节点后选择无线传感网络和监测装置之间的工作模式: 模式a、本地显示模式
测量节点中的温度传感器、湿度传感器将采集到的温湿度信息发送到微处理器处理后通过显示模块显示此刻的温湿度数据;测量节点中的ZigBee协议射频收发器不工作;
模式b、远程监控工作模式
测量节点中的温度传感器、湿度传感器将采集到的温湿度信息发送到微处理器处理,同时ZigBee协议射频收发器对相邻测量节点发出的数据包进行侦听,通过记录相邻测量节点的身份标示号码来建立静态路由表,从而实现无线发送、接收和转发数据包;指定传感网络中的一个测量节点与基站节点的通信路径,根据指定的路径通过多跳方式把数据包发送到基站节点,基站节点再将接收到的数据发送给监控终端设备;同时断开测量节点中微处理器与显示模块之间的连接;
模式C、本地显示模式与远程监控工作模式共同工作;
步骤3、根据上述步骤2选定的工作模式执行,完成对矿井温、湿度的检测。
[0007] 本发明与现有技术相比,其显著优点为:1)本发明不需要任何固定网络的支持,具有快速展开、抗毁性强等特点,能够使用户在任何时间、地点和任何环境条件下,获取矿井下大量详实而可靠的温、湿度信息;2)本发明具有体积小、功耗少、快速组网等优点,并通·过监控终端进行接收数据、发送命令、具有部署方便,成本低廉等优点。
附图说明
[0008] 图I是本发明矿井温湿度采集通信系统总体图。
[0009] 图2是本发明实施中测量节点示意图。·
[0010] 图3是本发明实施中基站节点不意图。
具体实施方式
[0011] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0012] 一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统,包括由若干个测量节点组成的无线传感网络和监测装置,所述监测装置包括基站节点11和监控终端设备12,所述每个测量节点包括温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器和微处理器,其中温度传感器、湿度传感器和ZigBee协议射频收发器分别与微处理器相连,温度传感器、湿度传感器将检测到的温度、湿度信息发送给微处理器进行处理后通过ZigBee协议射频收发器发送给基站节点11,所述基站节点11接收并存储无线传感网络发送的温度、湿度信息同时将信息发送到监控终端设备12上。
[0013] 所述测量节点还包括显示设备,所述显示设备与微处理器相连,用于显示处理后的温度、湿度数据。
[0014] 所述基站节点11包括ZigBee协议射频收发器、微控制器和串口电路,所述串口电路用于与监控终端设备12相连。
[0015] 所述ZigBee协议射频收发器采用cc2530射频芯片收发电路。
[0016] 一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统的实现方法,包括以下步骤:
步骤I、在矿井内不同位置设置测量节点,所述每个测量节点设有温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器、显示模块和微处理器,其中温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器、显示模块分别与微处理器相连;
步骤2、布设好测量节点后选择无线传感网络和监测装置之间的工作模式:
模式a、本地显示模式
测量节点中的温度传感器、湿度传感器将采集到的温湿度信息发送到微处理器处理后通过显示模块显示此刻的温湿度数据;测量节点中的ZigBee协议射频收发器不工作;模式b、远程监控工作模式
测量节点中的温度传感器、湿度传感器将采集到的温湿度信息发送到微处理器处理,同时ZigBee协议射频收发器对相邻测量节点发出的数据包进行侦听,通过记录相邻测量节点的身份标示号码来建立静态路由表,从而实现无线发送、接收和转发数据包;指定传感网络中的一个测量节点与基站节点的通信路径,根据指定的路径通过多跳方式把数据包发送到基站节点,基站节点再将接收到的数据发送给监控终端设备;同时断开测量节点中微处理器与显示模块之间的连接;
模式C、本地显示模式与远程监控工作模式共同工作;
步骤3、根据上述步骤2选定的工作模式执行,完成对矿井温、湿度的检测。
实施例
[0017] 如图I所示,本发明基于物联网的矿井温、湿度监测系统,包括由分布在矿井中的测量节点组成的无线传感网络,由基站节点11和监控终端设备12相连接形成的监控装置,所述基站节点11与所述无线传感网络之间进行无线通信。测量节点的数目为A、B、C、D、E、F 6个,所述6个测量节点之间通过无线通信方式构成无线传感器自组网,指定基站节点11 只与所述无线传感器网络的测量节点D进行无线通信,而自组网中的其他节点的数据都通过该测量节点D传输到基站节点11。
[0018] 如图2所示,测量节点是由用于测量矿井周围环境的温湿度的传感器20、用于与相邻测量节点进行无线通信的CC2530射频芯片收发电路22、用于显示测量结果的显示模块23分别与微处理器21相连接组成,每个所述测量节点具有一个电源为测量节点的各器件供电,电源为锂电池,具有体积小、低功耗的优点。显示模块23可以采用一液晶显示。cc2530射频芯片收发电路22负责与相邻节点进行无线通信,建立静态路由,从而实现无线发送、接收和转发数据包;微处理器21为msp430低功耗单片机,负责采集温、湿度传感器的数据并进行校正;并将温湿度信息发送给显示模块23和CC2530射频芯片收发电路22,或对cc2530射频芯片收发电路22收到的数据包进行分析,发出相关响应。
[0019] 如图3所示,基站节点11包括微控制器31、基站节点cc2530射频芯片收发电路32,还要增加一个用于与监控终端设备13相连接的串口电路33。当然,基站节点11也可以采用具有相同功能的其他电路结构。
[0020] 监控终端设备13为一个计算机,负责接收所有测量节点发送来的数据包,对数据进行分析和管理,并根据用户要求向测量节点构成的网络发出命令。
[0021] 因为测量节点部署在矿井的不同位置,测量获得的信号输出就很重要。采取有线方式输出非常麻烦,施工成本高,节点放置位置也受诸多限制。本发明采用了无线自组网的方法将采集到的数据输出。每个测量节点上的msp430单片机将采集获得的数据送给cc2530射频芯片收发电路,cc2530射频芯片收发电路通过侦听邻居节点来建立路由。cc2530射频芯片收发电路工作在915MHZ的频率上,宽带为38. 4KHZ。测量节点之间通过无线方式形成多跳自组网,将采集到的数据发送给监控终端进行存储和处理,由于采用无线方式发送数据,测量节点也没有电源线,所以测量节点采用电池供电。为了节省电能,测量节是低功耗设计。测量节点使用低功耗的msp430单片极,并进行严格的电源管理控制,具体方法为:暂时不工作的器件全部断电,msp430和cc2530射频芯片收发电路在不工作时自动进入休眠状态。
[0022] 整个基于物联网无线传感网络的矿井温湿度采集通信系统包括测量温湿度并本地液晶显示工作模式和测量温湿度并远程监控工作模式两种工作模式。[0023] 在测量温湿度并本地液晶显示工作模式中,设置测量节点中的CC2530射频芯片收发电路和监控装置不工作,msp430单片机定时采集温湿度传感器的数据,然后控制液晶显示器显示当前温湿度。
[0024] 在测量温湿度并远程监控工作模式中,对通信系统的设置如下:液晶显示器不工作;测量节点上电后前10分钟内,为建立路由阶段,msp430每2秒采集一次温湿度传感器的数据,并把数据通过cc2530射频芯片收发电路发送出去,cc2530射频芯片收发电路同时对邻居节点发出的数据包进行侦听,记录 邻居节点的身份ID从而能建立稳定的路由表。单片机的发送数据速率可以通过监控终端设定,监控终端有一输入装置,使用户通过该输入装置来控制发送数据的速率,设置默认的发送数据速率为每30分钟一次。节点按照建立好的路径通过多跳方式把数据包发送到监控终端设备,以节省能源,减少冗余数据。

Claims (6)

1. 一种基于物联网的矿井温、湿度监测系统,其特征在于,包括由若干个测量节点组成的无线传感网络和监测装置,所述监测装置包括基站节点和监控终端设备,所述每个测量节点包括温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器和微处理器,其中温度传感器、湿度传感器和ZigBee协议射频收发器分别与微处理器相连,温度传感器、湿度传感器将检测到的温度、湿度信息发送给微处理器进行处理后通过ZigBee协议射频收发器发送给基站节点,所述基站节点接收并存储无线传感网络发送的温度、湿度信息同时将信息发送到监控终端设备上。
2.根据权利要求I所述的基于物联网的矿井温、湿度监测系统,其特征在于,所述测量节点还包括显示设备,所述显示设备与微处理器相连,用于显示处理后的温度、湿度数据。
3.根据权利要求I所述的基于物联网的矿井温、湿度监测系统,其特征在于,所述基站节点包括ZigBee协议射频收发器、微控制器和串口电路,所述串口电路用于与监控终端设备相连。
4.根据权利要求I所述的基于物联网的矿井温、湿度监测系统,其特征在于,所述ZigBee协议射频收发器采用cc2530射频芯片收发电路。
5. 一种权利要求I所述的基于物联网的矿井温、湿度监测系统的实现方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤I、在矿井内不同位置设置测量节点,所述每个测量节点设有温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器、显示模块和微处理器,其中温度传感器、湿度传感器、ZigBee协议射频收发器、显示模块分别与微处理器相连; 步骤2、布设好测量节点后选择无线传感网络和监测装置之间的工作模式: 模式a、本地显示模式 测量节点中的温度传感器、湿度传感器将采集到的温湿度信息发送到微处理器处理后通过显示模块显示此刻的温湿度数据;测量节点中的ZigBee协议射频收发器不工作; 模式b、远程监控工作模式 测量节点中的温度传感器、湿度传感器将采集到的温湿度信息发送到微处理器处理,同时ZigBee协议射频收发器对相邻测量节点发出的数据包进行侦听,通过记录相邻测量节点的身份标示号码来建立静态路由表,从而实现无线发送、接收和转发数据包;指定传感网络中的一个测量节点与基站节点的通信路径,根据指定的路径通过多跳方式把数据包发送到基站节点,基站节点再将接收到的数据发送给监控终端设备;同时断开测量节点中微处理器与显示模块之间的连接; 模式C、本地显示模式与远程监控工作模式共同工作。
6.步骤3、根据上述步骤2选定的工作模式执行,完成对矿井温、湿度的监测。
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