CN103437815A - 无线传感器网络钻井井场安全辅助装置 - Google Patents

无线传感器网络钻井井场安全辅助装置 Download PDF

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无线传感器网络钻井井场安全辅助装置，具体涉及无线数据传输设备技术领域。数个人员检测节点(2)、数个环境检测节点(3)通过无线与数个路由器节点(1)，路由器节点(1)通过无线与协调器节点(4)连接，协调器节点(4)通过GPRS无线网络与主监控中心(5)连接。它采用先进的无线传感器网络技术—ZigBee，来实现对钻井井场环境参数的实时检测，并且能够对井场人员进行定位，容纳的节点多，网络覆盖范围广，还能够接收控制中心发送的命令，从而使井场的生产和管理更加智能化、人性化。

Description

无线传感器网络钻井井场安全辅助装置
 技术领域：
 本发明涉及无线数据传输设备技术领域，具体涉及无线传感器网络钻井井场安全辅助装置。
背景技术：
目前部分系统采用有线或WiFi方式追踪钻井井场人员和设备的位置信息，此类系统安装复杂、可移动性差。系统虽然可以帮助定位和联系井场现场的人员，了解人员和设备的身份，但是采用WiFi方式的缺点是点与点之间传输距离近，而且不能实现自组网，极大的限制了此类系统的应用。
发明内容：
本发明的目的是提供无线传感器网络钻井井场安全辅助装置，它采用先进的无线传感器网络技术—ZigBee，来实现对钻井井场环境参数的实时检测，并且能够对井场人员进行定位，容纳的节点多，网络覆盖范围广，同时利用GPRS将井场数据上传给控制中心，还能够接收控制中心发送的命令，从而使井场的生产和管理更加智能化、人性化。使用ZigBee技术，也提高了数据传输的可靠性和安全性。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含数个路由器节点1、数个人员检测节点2、数个环境检测节点3、协调器节点4、主监控中心5，所述的数个人员检测节点2、数个环境检测节点3通过无线与数个路由器节点1，路由器节点1通过无线与协调器节点4连接，协调器节点4通过GPRS无线网络与主监控中心5连接。
系统工作原理：系统中的人员检测节点或环境检测节点将检测到的数据发送到最近的路由器节点，路由器节点对接收到的数据进行数据融合后向下一个路由器节点转发该数据，利用无线传感器网络的自组织及多跳传输的特性将数据转发到位于井场总值班室的协调器节点，协调器对接收到的多组数据进行处理，去除掉无用数据，并对数据进行重新融合打包，通过GPRS将数据发送到监控中心，监控中心将相应数据写入数据库，以备后续查询及生成报表等，并对接收到的数据进行分析，生成相应的显示界面，包括工人的具体位置、特定位置的危险气体含量等，当检测到钻井井场某个部位危险气体超标或调度中心认为需要井下人员撤离时，监控中心可通过无线传感器网络向钻井井场的节点发送撤离命令，使工人的安全帽产生声光报警，提醒矿工撤离危险区域。一旦井场发生井喷等严重突发事故，系统可自动判断人员的位置，自动计算出最近的安全区域，并通过节点的液晶显示屏给出相应的撤离指示，赶在通讯系统完全失效前，指导井下人员进入安全地带。
所述的协调器节点4包含有MC13213主控制器6和GPRS无线模块7，MC13213主控制器6与GPRS无线模块7相互连接。
所述的数个环境检测节点3包含有MC13213主控制器6、温度检测传感器一8、可燃气体传感器9、语音模块10、有毒气体检测传感器11，MC13213主控制器6分别与温度检测传感器一8、可燃气体传感器9、语音模块10、有毒气体检测传感器11相互连接。
所述的数个人员检测节点2包含有MC13213主控制器6、温度检测传感器二12、显示模块13、人体红外检测器14、声光传感器15、备用供电装置16，MC13213主控制器6分别与温度检测传感器二12、显示模块13、人体红外检测器14、声光传感器15、备用供电装置16相互连接。
本发明具有以下有益效果：它采用先进的无线传感器网络技术—ZigBee，来实现对钻井井场环境参数的实时检测，并且能够对井场人员进行定位，容纳的节点多，网络覆盖范围广，同时利用GPRS将井场数据上传给控制中心，还能够接收控制中心发送的命令，从而使井场的生产和管理更加智能化、人性化。使用ZigBee技术，也提高了数据传输的可靠性和安全性。
附图说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明协调器节点4结构示意图；
图3是本发明环境检测节点3结构示意图；
图4是本发明人员检测节点2结构示意图。
具体实施方式：
参看图1-图4，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含数个路由器节点1、数个人员检测节点2、数个环境检测节点3、协调器节点4、主监控中心5，所述的数个人员检测节点2、数个环境检测节点3通过无线与数个路由器节点1，路由器节点1通过无线与协调器节点4连接，协调器节点4通过GPRS无线网络与主监控中心5连接。
系统工作原理：系统中的人员检测节点或环境检测节点将检测到的数据发送到最近的路由器节点，路由器节点对接收到的数据进行数据融合后向下一个路由器节点转发该数据，利用无线传感器网络的自组织及多跳传输的特性将数据转发到位于井场总值班室的协调器节点，协调器对接收到的多组数据进行处理，去除掉无用数据，并对数据进行重新融合打包，通过GPRS将数据发送到监控中心，监控中心将相应数据写入数据库，以备后续查询及生成报表等，并对接收到的数据进行分析，生成相应的显示界面，包括工人的具体位置、特定位置的危险气体含量等，当检测到钻井井场某个部位危险气体超标或调度中心认为需要井下人员撤离时，监控中心可通过无线传感器网络向钻井井场的节点发送撤离命令，使工人的安全帽产生声光报警，提醒矿工撤离危险区域。一旦井场发生井喷等严重突发事故，系统可自动判断人员的位置，自动计算出最近的安全区域，并通过节点的液晶显示屏给出相应的撤离指示，赶在通讯系统完全失效前，指导井下人员进入安全地带。
所述的协调器节点4包含有MC13213主控制器6和GPRS无线模块7，MC13213主控制器6与GPRS无线模块7相互连接。此节点负责ZigBee网络的建立，建网成功后，接受其他节点的加入，并接收其他节点上传的数据，然后通过GPRS模块实现数据的远传，最终将井下数据上传给上位机，由上位机对数据进行进一步处理，同时接收上位机发送来的命令，然后发送给目标节点，目标节点做出相应动作。
所述的数个环境检测节点3包含有MC13213主控制器6、温度检测传感器一8、可燃气体传感器9、语音模块10、有毒气体检测传感器11，MC13213主控制器6分别与温度检测传感器一8、可燃气体传感器9、语音模块10、有毒气体检测传感器11相互连接。此模块安装在钻井井场的井架，移动板房等固定位置，固定摆放间距为20米，由防爆箱体密封，使用12V DC供电。可以对井场的可燃气体、有毒气体的浓度以及所处位置温度进行实时监测，一旦出现异常，可即时进行语音报警。如果井场人员需要寻找某一其他工作人员，可以向所有固定终端模块发送消息，并通过固定终端节点语音模块进行广播，从而找到该工作人员。
所述的数个人员检测节点2包含有MC13213主控制器6、温度检测传感器二12、显示模块13、人体红外检测器14、声光传感器15、备用供电装置16，MC13213主控制器6分别与温度检测传感器二12、显示模块13、人体红外检测器14、声光传感器15、备用供电装置16相互连接。井场工作人员携带此便携式设备，安装在安全帽上，由安全帽提供3.7V DC供电。该安全帽为特殊设计，一方面可以通过自身的LED灯，起到夜间照明的作用，同时，其内部嵌入人员检测定位的主控制器芯片，可以实时发送人员定位信息，而且总体能耗极低，保证长时间的可靠工作。在能量耗尽时，可以及时对安全帽内锂电池充电，充电次数上万次，使用寿命可达5-7年。此设备可通过MC13213芯片实现人员的定位，并且可以通过人体红外检测工作人员是否发生意外，还可以实时监测井场温度，并通过显示模块显示。备用电池可以在安全帽供电不正常时，实现对模块的供电，另外一旦发生意外，还可以进行声光报警，使搜救人员迅速发现目标，从而减少人员伤亡。
本具体实施方式具有以下有益效果：它采用先进的无线传感器网络技术—ZigBee，来实现对钻井井场环境参数的实时检测，并且能够对井场人员进行定位，容纳的节点多，网络覆盖范围广，同时利用GPRS将井场数据上传给控制中心，还能够接收控制中心发送的命令，从而使井场的生产和管理更加智能化、人性化。使用ZigBee技术，也提高了数据传输的可靠性和安全性。

Claims (5)

1.无线传感器网络钻井井场安全辅助装置，其特征在于它包含数个路由器节点(1)、数个人员检测节点(2)、数个环境检测节点(3)、协调器节点(4)、主监控中心(5)，所述的数个人员检测节点(2)、数个环境检测节点(3)通过无线与数个路由器节点(1)，路由器节点(1)通过无线与协调器节点(4)连接，协调器节点(4)通过GPRS无线网络与主监控中心(5)连接。
2.无线传感器网络钻井井场安全辅助装置，其特征在于它系统工作原理：系统中的人员检测节点或环境检测节点将检测到的数据发送到最近的路由器节点，路由器节点对接收到的数据进行数据融合后向下一个路由器节点转发该数据，利用无线传感器网络的自组织及多跳传输的特性将数据转发到位于井场总值班室的协调器节点，协调器对接收到的多组数据进行处理，去除掉无用数据，并对数据进行重新融合打包，通过GPRS将数据发送到监控中心，监控中心将相应数据写入数据库，以备后续查询及生成报表等，并对接收到的数据进行分析，生成相应的显示界面，包括工人的具体位置、特定位置的危险气体含量等，当检测到钻井井场某个部位危险气体超标或调度中心认为需要井下人员撤离时，监控中心可通过无线传感器网络向钻井井场的节点发送撤离命令，使工人的安全帽产生声光报警，提醒矿工撤离危险区域；一旦井场发生井喷等严重突发事故，系统可自动判断人员的位置，自动计算出最近的安全区域，并通过节点的液晶显示屏给出相应的撤离指示，赶在通讯系统完全失效前，指导井下人员进入安全地带。
3.根据权利要求1所述的无线传感器网络钻井井场安全辅助装置，其特征在于所述的协调器节点(4)包含有MC13213主控制器(6)和GPRS无线模块(7)，MC13213主控制器(6)与GPRS无线模块(7)相互连接。
4.根据权利要求1所述的无线传感器网络钻井井场安全辅助装置，其特征在于所述的数个环境检测节点(3)包含有MC13213主控制器(6)、温度检测传感器一(8)、可燃气体传感器(9)、语音模块(10)、有毒气体检测传感器(11)，MC13213主控制器(6)分别与温度检测传感器一(8)、可燃气体传感器(9)、语音模块(10)、有毒气体检测传感器(11)相互连接。
5.根据权利要求1所述的无线传感器网络钻井井场安全辅助装置，其特征在于所述的数个人员检测节点(2)包含有MC13213主控制器(6)、温度检测传感器二(12)、显示模块(13)、人体红外检测器(14)、声光传感器(15)、备用供电装置(16)，MC13213主控制器(6)分别与温度检测传感器(12)、显示模块(13)、人体红外检测器(14)、声光传感器(15)、备用供电装置(16)相互连接。
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