CN103616881A - 基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统 - Google Patents

基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统 Download PDF

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CN201310655296.6A
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程军辉
唐超礼
黄友锐
曲立国
韩涛
张超超
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Anhui University of Science and Technology
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Anhui University of Science and Technology
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Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，其特征在于：所述系统1台计算机、1个ZigBee协调器节点和多个ZigBee终端节点，ZigBee协调器节点包括控制模块、串口模块、JTAG调试接口模块、按键模块、报警模块和电源模块，Zigbee终端节点包括控制模块、JTAG调试接口模块、参数采集模块和电源模块。计算机负责对系统的实时监控和发出控制指令，协调器节点负责与各终端节点和上位机通信，收集各终端节点发送来的信息并处理，并将处理后的信息发送给上位机，终端节点通过参数采集模块采集实时的环境信息。

Description

基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统
技术领域
本发明属于煤矿安全领域，涉及一种基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统。
背景技术
我国是一个产煤大国，现在我国的能源结构中占比例最大的仍然是煤矿。随着矿井深度的增加，井下开采环境的恶化，煤矿井下的安全就显得尤其重要。井下水泵房是井下排水系统的核心，主要职责是将井下各水平的矿井水抽出并排到地面。它稳定、高效的运行是煤矿井下安全的重要保证。目前煤矿上所使用的水泵房监控系统大多数结构简单，并且采用有线传输方式。加上井下布线复杂，线路和设备装拆频繁，有线传输方式的安全性得不到保障。
近年来，信息技术发展迅速，物联网技术就是时代发展的产物，也是未来科技发展的必然趋势。物联网技术强调通过物体与物体之间相连构成一个互联的、无线的传感网络，就如同现在的互联网，以此来改变人们的生活。ZigBee技术就是无线传感网络中一种低成本、低功耗、近距离、短时延和高容量的无线传输技术。
本发明基于ZigBee技术，通过与ZigBee终端节点相连的参数采集模块对水泵房的运行状态参数进行采集，ZigBee协调器节点将ZigBee终端节点发送来的信息进行处理并发送给上位机，最终通过上位机显示水泵房的运行状态，同时可实现报警和阈值调整的功能。采用无线传感网络实现信息的无线传输避免了有线传输带来的问题，达到实时、稳定监测水泵房运行情况的的功能。本发明是基于现有技术的改进和扩展。
本发明的一个优点是提供一种由分布在终端节点的传感器实时的采集信息，终端节点可以与协调器节点进行实时通信。
本发明的另一优点是ZigBee终端节点采用可选工作方式，大大减少终端节点的能量损耗，提高了系统的稳定性。
本发明的另一个优点是通过协调器节点与上位机的实时通信，将水泵房的实时运行状态直观的显示在计算机。
发明内容
本发明包含一种水泵房运行状态监测装置和一种系统工作方法。水泵房各装置的运行状态参数通过分布在各终端节点的参数采集模块采集，并将信息发送给协调器，协调器处理后发送给上位机，通过上位机进行监测。若发现某个装置的运行状态出现问题，则会向协调器发出报警信号。同时可以通过上位机设置报警阈值、监测参数和查询选项。
为了实现上述功能，本发明所采用的技术方案为：
基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，其特征在于：所述系统1台计算机、1个ZigBee协调器节点和多个ZigBee终端节点，ZigBee协调器节点包括控制模块、串口模块、JTAG调试接口模块、按键模块、报警模块和电源模块，Zigbee终端节点包括控制模块、JTAG调试接口模块、参数采集模块和电源模块。计算机负责对系统的实时监控和发出控制指令，协调器节点负责与各终端节点和上位机通信，收集各终端节点发送来的信息并处理，并将处理后的信息发送给上位机，终端节点通过参数采集模块采集实时的状态参数。
优选的，所述控制模块包括JN5148无线微控制器。
优选的，所述JN5148无线微控制器包括无线RF模块、电源模块管理、JTAG调试接口、ADC模块、DAC模块和32位RISC CPU，具有无线发射功能和模数转换功能。
优选的，所述报警模块包括蜂鸣器。
优选的，所述电源模块可由3.7V的653450锂离子电池供电或者USB供电，
优选的，所述供电电源需通过TPS7333QD DC-DC转换芯片转换为3.3V方可为系统供电。
优选的，所述ZigBee终端节点相连的参数采集模块为一个或两个。
优选的，所述传感器包括PTG501负压传感器、TC77数字温度传感器、JD1940-BS4I电量变送器和SC-500投入式液位计。
优选的，所述传感器可将采集的相应状态参数转换为4～20mA的模拟信号。
与现有技术相比，本发明提供的基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，通过采用模块化设计和嵌入式硬件结构，使整个系统的通用性更好。而且各终端节点都预留有传感器的连接接口，还提供其他附加接口的设置，可以满足不同应用场合的需要。具有良好的可扩展性和可移植性。此外，终端节点和协调器节点的通信采用基于ZigBee协议的无线传输方式，避免了环境对有线连接所造成的影响。
附图说明
1、图1为本发明的总体构架系统框图
2、图2为ZigBee协调器节点的系统框图
3、图3为ZigBee终端节点的系统框图
具体实施方式
如图1所示，是本系统的总体构架系统框图，每个ZigBee终端节点即为一个状态参数采集装置，由与终端节点相连的参数采集模块采集相应的参数，包括水位深度、电机转子的电压和电流、电机和水泵的温度、水泵进水管真空度和水泵出水口压力。传感将状态参数转换为相应的4～20mA的模拟量，终端节点的微控制器用其内部的AD转换模块将模拟量转换为相应的数字量。终端节点数据处理完毕后会向协调器节点发出申请，若申请通过，则会将信息以无线的方式发送给协调器节点。协调器节点会对发送来的数据进行处理，并将处理结果通过串口发送给上位机，通过上位机的监控软件监测水泵房系统的工作状态。若系统出现故障，则上位机会向协调器发出报警指令，协调器控制报警电路发出报警信号。
图2为ZigBee协调器节点的系统框图，可分为7个部分：第一部分为电源模块，该模块由上位机提供+5V电源，经TPS7333QD DC/DC转换模块将电源转换为+3.3V为系统供电；第二部分为按键模块，用以改变微控制器的参数设置；第三部分为串口模块，为协调器节点和上位机之间的通信提供接口；第四部分为JTAG测试接口，用于终端节点的系统调试；第五部分为高频天线模块，用于节点之间通信时发送数据；第六部分为报警模块，用于故障情况的报警提示；第七部分为微控制器，为系统的控制核心，接收传感器发送的数据并进行AD转换和处理。
图3为ZigBee终端节点的系统框图，其中电源模块由3.7V的锂离子电池供电，参数采集模块为传感器或测量装置，可将水泵房的各运行参数转换为4～20mA的模拟量，并发送给微控制器。该节点的其他部分同ZigBee协调器节点部分。

Claims (5)

1.基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，其特征在于：所述系统包括1台计算机、1个ZigBee协调器节点和多个ZigBee终端节点。计算机负责与协调器节点进行通信，实时接收协调器发送过来的信息，并在上位机显示或者发出控制信号，协调器节点负责与上位机、终端节点通信，接收终端节点发送的信息并处理，将处理后的信息发送给上位机，终端节点通过参数采集模块采集实时的运行状态参数。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，其特征在于：所述ZigBee协调器节点包括控制模块、串口模块、JTAG调试接口模块、按键模块、报警模块和电源模块。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，其特征在于：所述ZigBee协调器节点通过串口与上位机通信，将ZigBee协调器节点发送过来的信息处理后发送给上位机，并且会定时的查询各终端节点的工作状况。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，其特征在于：所述Zigbee终端节点包括控制模块、JTAG调试接口模块、传感器模块和电源模块。
5.根据权利要求1所述的基于ZigBee的煤矿井下水泵房监控系统，其特征在于：所述Zigbee终端节点通过参数采集模块实时的采集水泵房的水位深度、电机转子的电压和电流、电机和水泵的温度、水泵进水管真空度和水泵出水口压力等运行状态参数。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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