CN105704251A - 基于风致振动压电能量自供能的矿井wsn安全监测系统 - Google Patents
基于风致振动压电能量自供能的矿井wsn安全监测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105704251A CN105704251A CN201610256182.8A CN201610256182A CN105704251A CN 105704251 A CN105704251 A CN 105704251A CN 201610256182 A CN201610256182 A CN 201610256182A CN 105704251 A CN105704251 A CN 105704251A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind
- mine
- induced vibration
- energy
- wsn
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 86
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 96
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 38
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 18
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 12
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 241000269793 Cryothenia peninsulae Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000004899 motility Effects 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
- H04L67/01—Protocols
- H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/32—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/185—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using fluid streams
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
- H04W84/00—Network topologies
- H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，包括依次相连的控制中心、通信基站、SINK节点和监测终端，所述监测终端包括传感器单元、能量供给单元、第一处理器单元和第一通信单元，所述能量供给单元包括风致振动发电模块和能量管理模块。本发明采用无线传感技术，不需要铺设大量的供电线路和通信线路，节省了大量的资金投入和人力投入，结构简单，信息采集面较广，能够对矿井各项环境以及结构参数进行实时监测，便于掌握矿井的各项数据，保证矿井生产的安全性，且通过对矿井内风能转换为电能实现自供能，解决了无线传感技术中电能供应的难题，真正实现了矿井无线监测，具有很好的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及矿井无线监测技术领域，具体涉及一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统。
背景技术
矿井安全监控系统是矿山环境监测系统的核心之一，是煤矿安全生产监控系统的重要构成部分。它综合了各种传感器测量方法、无线和有线通信技术、数据通讯技术和数据处理技术，对煤矿矿井围岩在矿山压力作用下反映在围岩上的位移以及位移速率上的表现进行了具体测量，对矿井巷道环境进行实时监测，并支持对测量数据的综合查询及对围岩状态的预测，为巷道围岩、巷道围岩的日常监测和维护提供基础数据；为矿井巷道各种环境提供监测数据，便于对矿井选煤厂各项信息进行掌控，提高矿井的安全度，但是仍然有些需要完善的地方。
申请号为201310310034.6的发明提供一种矿井环境监测预警系统，包括监测单元、通讯单元和布置于矿井各个位置的警示单元；所述监测单元布置于矿井各个位置，用于检测矿井环境，并根据检测结果判断矿井是否安全，若否，则发出报警信号；所述通讯单元用于传递所述报警信号；所述警示单元布置于矿井各个位置，用于接收所述报警信号，并根据该报警信号发出人体可感知的信号进行报警；若一处监测单元发出报警信号，则该报警信号被所述通讯单元传送到矿井各个位置，触发远程警示单元报警；进而实现全井报警，提高矿井避险和救援的及时性、全面性、可靠性。但是为了保障设备的运行，需要在矿井巷道布设大量的供电和数据传输线路，严重影响结构稳定性或人员通过性，并且需要大量的投入。
申请号为201410430741.3的发明公开了一种基于物联网的煤矿矿井环境信息监控系统，它是由煤矿矿井环境信息监控中心和数台煤矿矿井环境信息监控器组成，所述的煤矿矿井环境信息监控中心包括中央控制器、Zigbee无线网络协调器和预警器，所述的煤矿矿井环境信息监控器包括瓦斯浓度测量仪、CO浓度测量仪、粉尘浓度测量仪、温度测量仪、湿度测量仪、ARM微控制器、Zigbee通信模块、电源和报警器。该基于物联网的煤矿矿井环境信息监控系统，具有结构简单、覆盖范围广、智能化、信息采集全面、实时性好等优点，能对瓦斯等可燃性气体实时准确监测，并能对煤矿矿井瓦斯、火灾等危险源和隐患进行预警，但是仍需要面对电能供应以及线路复杂的问题。
解决这一问题需要对矿井巷道围岩进行无线监测，目前无线传感器网络（WSN）技术已在多个领域发挥了重要的作用，但无线传感器网络在煤矿矿井的应用并不顺利，很多研究仍然停留在实验室阶段，其主要原因是能源供给问题，主要表现在以下两个方面：(1)无线传感器供电方式。使用电池可以对无线传感器供电，但电池的寿命有限，而使用传统的有线供电方式则失去了无线传感器的灵活性，且大大增加了成本；（2）无线传感器网络节点对能量的需求大。由于节点担负着数据采集和发送的任务，自身的功耗过大，所需能量也大，此时传感器节点有限的能源变得至关重要，当能量的需求脱离有线供电的时候，这一问题尤为突出。
随着新能源技术的广泛深入，国内外对风能收集技术在已经进行了大量的研究。对于某些特殊环境如煤矿矿井，针对微型风力发电系统能够收集风能并进行能量转换，广泛应用于远程无线传感器节点，保证长时间运行于恶劣环境下的无线传感器网络正常工作，不仅节省大量的电缆，还能减少因电缆故障引起的传感器停机的几率。但是目前的风力发电系统采用的是风力发电机设备，微风驱动能量不足，且设备体积较大，叶片旋转发电容易伤人。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，采用无线传感技术，不需要铺设大量的供电线路和通信线路，节省了大量的资金投入和人力投入，结构简单，信息采集面较广，能够对矿井各项环境以及结构参数进行实时监测，便于掌握矿井运行中的各项数据，保证矿井生产的安全性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，包括依次相连的控制中心、通信基站、SINK节点和监测终端，所述监测终端包括传感器单元、能量供给单元、第一处理器单元和第一通信单元，所述能量供给单元包括风致振动发电模块和能量管理模块，所述传感器单元与所述第一处理器单元、第一通信单元依次连接，所述能量供给单元与所述传感器单元、第一处理器单元、第一通信单元连接。
进一步的，所述能量管理模块包括整流器、蓄电池和DC/DC电源模块。
进一步的，所述风致振动发电模块包括底座，所述底座上设置压电材料制得的悬臂梁，所述悬臂梁的前端设置挡风板。
进一步的，所述风致振动发电模块设置在巷道的两帮，对应所述风致振动发电模块在所述巷道的两帮设置风能加强机构，所述风能加强机构包括棱台形的空心罩体，所述空心罩体上设置出风口，所述出风口与所述挡风板相配合。
进一步的，所述巷道的两帮对应所述风致振动发电模块设置护罩，所述护罩内表面设置吸音海绵。
进一步的，所述风致振动发电模块设置在所述巷道内的振动设备上，所述挡风板采用弧形板。
进一步的，所述第一处理器单元包括单片机芯片，所述传感器单元包括温湿度传感器、位移传感器、甲烷传感器和风速传感器。
进一步的，所述SINK节点包括第二处理器单元和第二通信单元，所述第一通信单元与所述第二通信单元通过无线的方式传递数据，所述第一通信单元和所述第二通信单元包括Zigbee模块，所述第二通信单元还包括第一RS485通讯接口。
进一步的，所述通信基站包括通信计算机、第二RS485通讯接口和第一光纤调制解调器，所述通信计算机通过第二RS485通讯接口与所述SINK节点进行数据传输，所述通信计算机通过第一光纤调制解调器与所述控制中心进行通信。
进一步的，所述控制中心包括监控主机、第二光纤调制解调器、显示设备和数据库服务器。
本发明提供了一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，控制中心位于井上，通信基站、SINK节点和监测终端位于井下，监测终端是对矿井巷道（巷道指设备硐室、井筒、巷道等区域）内环境进行监测，包括通风的风力、温湿度、瓦斯浓度、底板与围岩位移数据等进行监测，并将监测到的数据发送至SINK节点，因为矿井巷道的数量是较多的，而矿井的情况也较为复杂，所以采用SINK节点对一定区域内的监测终端进行数据接收以及命令控制，SINK节点与通信基站连接，通信基站与控制中心连接，最终将矿井巷道内的监测信息汇总至控制中心，实现对矿井巷道内环境的远程监测。
监测终端的通过传感器单元对矿井巷道内环境参数进行监测，传感器单元可采用多种类型传感器，实现对需要监测数据的实时监测，便于控制中心时刻掌握矿井情况。风致振动发电模块是通过压电材料支撑的悬臂被风力驱动，产生振动或摆动来发电，结构简单，对微弱风力的利用效率较高，适合矿井的风能采集。通过风能的收集转换，每个监测终端可以独立于整个监测系统，不需要外接设备进行供电，且与SINK节点的通信依靠无线的方式，整个巷道内完全不需要进行布线来传递信息或者电能，对巷道的环境不造成任何影响。能量管理模块与风致振动发电模块连接，对机械能量转换来的交流电进行稳流稳压并进行存储，再对电压进行改变，为传感器单元、第一处理器单元、第一通信单元进行供电，保证设备运行稳定。
本发明采用无线传感技术，不需要铺设大量的供电线路和通信线路，节省了大量的资金投入和人力投入，结构简单，信息采集面较广，能够对矿井各项环境以及结构参数进行实时监测，便于掌握矿井运行中的各项数据，保证矿井生产的安全性，且通过对巷道风能转换为电能实现自供能，解决了无线传感技术中电能供应的难题，真正实现了矿井无线监测，具有很好的推广价值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统的系统结构图；
图2是本发明能量供给单元的系统结构图；
图3是本发明风致振动发电模块设置在巷道两帮的结构示意图；
图4是本发明风致振动发电模块的结构示意图；
图5是本发明护罩的结构示意图；
图6是本发明风致振动发电模块设置在振动设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图6对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：
实施例一
如图1和图2所示：本实施例提供了一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，包括依次相连的控制中心1、通信基站2、SINK节点3和监测终端4，所述监测终端4包括传感器单元5、能量供给单元6、第一处理器单元7和第一通信单元8，所述能量供给单元6包括风致振动发电模块9和能量管理模块10，所述传感器单元5与所述第一处理器单元7、第一通信单元8依次连接，所述能量供给单元6与所述传感器单元5、第一处理器单元7、第一通信单元8连接。
本发明控制中心位于井上，通信基站、SINK节点和监测终端位于井下，监测终端是对矿井巷道内环境进行监测，包括通风的风力、温湿度、瓦斯浓度、底板与围岩位移数据等进行监测，并将监测到的数据发送至SINK节点，因为矿井巷道的数量是较多的，而矿井的情况也较为复杂，所以采用SINK节点对一定区域内的监测终端进行数据接收以及命令控制，SINK节点与通信基站连接，通信基站与控制中心连接，最终将矿井巷道内的监测信息汇总至控制中心，实现对矿井巷道内环境的远程监测。
监测终端的通过传感器单元对矿井巷道内环境参数进行监测，传感器单元可采用多种类型传感器，实现对需要监测数据的实时监测，便于控制中心时刻掌握矿井情况。风致振动发电模块是通过压电材料支撑的悬臂被风力驱动，产生振动或摆动来发电，结构简单，对微弱风力的利用效率较高，适合矿井的风能采集。通过风能的收集转换，每个监测终端可以独立于整个监测系统，不需要外接设备进行供电，且与SINK节点的通信依靠无线的方式，整个巷道内完全不需要进行布线来传递信息或者电能，对巷道的环境不造成任何影响。能量管理模块与风致振动发电模块连接，对机械能量转换来的交流电进行稳流稳压并进行存储，再对电压进行改变，为传感器单元、第一处理器单元、第一通信单元进行供电，保证设备运行稳定。
所述第一处理器单元7包括单片机芯片。采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能，能够对传感器单元监测到的位移信息进行处理并控制第一通信单元将监测信息发送至SINK节点，具有体积小运算快的优点，可以使得监测终端的体积很小，在安装时不会对巷道结构造成破坏。所述传感器单元5包括温湿度传感器35、位移传感器36、甲烷传感器37和风速传感器38。温湿度传感器可以对矿井温度和湿度进行监测；位移传感器铺设在设备底板或巷道围岩两帮，对巷道内的位移进行加监测；甲烷传感器可以对瓦斯浓度进行监测，避免矿井瓦斯浓度过高，降低爆燃的危险；风速传感器可以对巷道内流通的风力进行监测，避免风速过小导致排换气无法完成，致使矿井粉尘和可燃气体超标，且风速传感器与风致振动发电模块协同配合，在监测到风速较小时意味着风致振动发电量较小，此时可以加大矿井的排换气风机功率，避免矿井风速过小使得发电模块的功能出现问题，导致整个系统无法运行。此外，传感器单元与第一处理器单元的连接依靠RS485通讯线路，实现点对多的通讯，上述四个传感器为矿井必备传感器，此外还可以加设粉尘传感器来监测矿井粉尘浓度，运行设备上设置振动传感器通过振动的频率和情况来监测设备是否正常运行，在运行设备电路中设置电流传感器监测运行时的电流是否正常等。
所述SINK节点3包括第二处理器单元11和第二通信单元12，所述第一通信单元8与所述第二通信单元12通过无线的方式传递数据，所述第一通信单元8和所述第二通信单元12包括Zigbee模块13，所述第二通信单元12还包括第一RS485通讯接口14。SINK节点的第二处理单元是对多个监测终端的监测数据进行汇总，将数据用过第一RS485通讯接口发送至通信基站。第二处理单元可以采用可编程逻辑控制器，SINK节点对于体积大小没有要求，采用PLC控制器功能更加强大，可以保证对多个监测终端信息处理时的速度。SINK节点与监测终端的通信依靠Zigbee模块实现无线通信，该模块能够实现无线通信，且耗电量小、成本低、网络容量大，组网能力较强，利于实现本系统所构建的无线传感器网络。SINK节点与通信基站的连接依靠RS485通信接口，实现多点到一点的数据传输，确保数据在矿井的正常传输。若通信基站与SINK节点的距离较远，可以使用RS485转光纤技术增加其通讯范围，来适应不同的矿井情况。
所述通信基站2包括通信计算机15、第二RS485通讯接口16和第一光纤调制解调器17，所述通信计算机15通过第二RS485通讯接口16与所述SINK节点3进行数据传输，所述通信计算机15通过第一光纤调制解调器17与所述控制中心1进行通信。通信计算机可采用工业控制计算机，负责对矿井所有监测终端的数据进行汇总并与井上的控制中心进行通信，其传输的数据量较大，因此采用光纤与控制中心进行通信，确保数据传输的准确和速度，顺利完成对指令传达和数据汇总、发送、传输的作用。
所述控制中心1包括监控主机18、第二光纤调制解调器19、显示设备20和数据库服务器21。监控主机采用工业控制计算机，通过第二光纤调制解调器接收通信基站传来的位移数据并将控制指令发送至通信基站，显示设备对矿井监测终端监测到的环境数据等信息进行显示，数据库服务器对监测信息进行存储。
实施例二
如图1和图2所示：本实施例还提供了一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，包括依次相连的控制中心1、通信基站2、SINK节点3和监测终端4，所述监测终端4包括传感器单元5、能量供给单元6、第一处理器单元7和第一通信单元8，所述能量供给单元6包括风致振动发电模块9和能量管理模块10，所述传感器单元5与所述第一处理器单元7、第一通信单元8依次连接，所述能量供给单元6与所述传感器单元5、第一处理器单元7、第一通信单元8连接。
所述能量管理模块10包括整流器23、蓄电池22和DC/DC电源模块34。风致振动发电模块与整流器、蓄电池和DC/DC电源模块依次连接，DC/DC电源模块与监测终端的其它用电设备连接，整流器将风致振动发电模块转换来的交流电能转换为直流电能，并存储在蓄电池内，DC/DC电源模块是一种开关电源模块，可以有多个输入和输出，体积小运行可靠，且输出电业稳定，确保对传感器单元、第一处理器单元、第一通信单元供电的稳定性，其小型化的体积能够保证监测终端的体积小，不会对巷道结构造成破坏，最终实现对传感器单元、第一处理器单元、第一通信单元的供电，保证监测终端的稳定运行。
实施例三
如图1、图3、图4、图5和图6所示：本实施例还提供了一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，包括依次相连的控制中心1、通信基站2、SINK节点3和监测终端4，所述监测终端4包括传感器单元5、能量供给单元6、第一处理器单元7和第一通信单元8，所述能量供给单元6包括风致振动发电模块9和能量管理模块10，所述传感器单元5与所述第一处理器单元7、第一通信单元8依次连接，所述能量供给单元6与所述传感器单元5、第一处理器单元7、第一通信单元8连接。
所述风致振动发电模块9包括底座30，所述底座30上设置压电材料制得的悬臂梁29，所述悬臂梁29的前端设置挡风板28。压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，通过将压电材料支撑悬臂梁结构，通过挡风板来捕捉巷道内流通的风能，将风能转化为振动能量，再通过压电转换机理，利用功能材料的压电特性，将悬臂梁的变形引起的应变转化为电荷，电荷在压电材料的上下电极形成交流电压，实现将振动能量转为电能，从而进行发电，该结构对比与风力发电机结构，可以对微小风力进行捕捉并发电，适用于矿井巷道等风力较弱的场合发电。且结构简单，不需要转轴或传动装置，使用在矿井高粉尘场合不受环境影响，利于设备长久稳定运行。
所述风致振动发电模块9设置在巷道24的两帮，对应所述风致振动发电模块9在所述巷道24的两帮设置风能加强机构25，所述风能加强机构25包括棱台形的空心罩体26，所述空心罩体26上设置出风口27，所述出风口27与所述挡风板28相配合。风致振动发电模块可以设置在巷道的顶部或两帮，优选巷道两帮，利于安装维护，且方便安装风能加强机构，通过棱台形空心罩体将大面积的风能捕捉，并通过出风口将风力对准挡风板进行释放，使得挡风板受力更加充足，发电量更多。且通过风能加强机构可以使得挡风板的面积不需要特别大，考虑到巷道的空间问题，更小的挡风板意味着预留空间更足，利于工作人员通行。
所述巷道24的两帮对应所述风致振动发电模块9设置护罩31，所述护罩31内表面设置吸音海绵32。风力通过挡风板阻挡，从而使得风能推动挡风板摆动，这样风在吹过挡风板边缘时会产生较大的呼啸声，而巷道处于地面之下相对比较密封，呼啸声在该环境下非常清晰，能够形成影响正常工作的造成。护罩一方面对挡风板进行遮挡，避免工作人员无意碰撞，造成受伤，另一方面内表面的吸音海绵可以对呼啸声进行吸收，减少对环境造成的影响。
所述风致振动发电模块9设置在所述巷道24内的振动设备33上，所述挡风板28采用弧形板。传感器单元设置的方位有不同，包括巷道围岩两帮、顶部以及设备底座，风致振动发电模块设置在振动设备上便可对设备底座上的传感器单元进行供电，且振动设备的振动能量也会引起悬臂梁的振动，从而使得风能和设备振动能量都能够转化为电能，增加了能量转化的范围，提高了发电量，能够满足更多的传感器单元供电。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：包括依次相连的控制中心、通信基站、SINK节点和监测终端，所述监测终端包括传感器单元、能量供给单元、第一处理器单元和第一通信单元，所述能量供给单元包括风致振动发电模块和能量管理模块，所述传感器单元与所述第一处理器单元、第一通信单元依次连接，所述能量供给单元与所述传感器单元、第一处理器单元、第一通信单元连接。
2.如权利要求1所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述能量管理模块包括整流器、蓄电池和DC/DC电源模块。
3.如权利要求1所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述风致振动发电模块包括底座，所述底座上设置压电材料制得的悬臂梁，所述悬臂梁的前端设置挡风板。
4.如权利要求3所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述风致振动发电模块设置在巷道的两帮，对应所述风致振动发电模块在所述巷道的两帮设置风能加强机构，所述风能加强机构包括棱台形的空心罩体，所述空心罩体上设置出风口，所述出风口与所述挡风板相配合。
5.如权利要求4所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述巷道的两帮对应所述风致振动发电模块设置护罩，所述护罩内表面设置吸音海绵。
6.如权利要求3所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述风致振动发电模块设置在所述巷道内的振动设备上，所述挡风板采用弧形板。
7.如权利要求1所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述第一处理器单元包括单片机芯片，所述传感器单元包括温湿度传感器、位移传感器、甲烷传感器和风速传感器。
8.如权利要求1所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述SINK节点包括第二处理器单元和第二通信单元，所述第一通信单元与所述第二通信单元通过无线的方式传递数据，所述第一通信单元和所述第二通信单元包括Zigbee模块，所述第二通信单元还包括第一RS485通讯接口。
9.如权利要求1所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述通信基站包括通信计算机、第二RS485通讯接口和第一光纤调制解调器，所述通信计算机通过第二RS485通讯接口与所述SINK节点进行数据传输，所述通信计算机通过第一光纤调制解调器与所述控制中心进行通信。
10.如权利要求1所述的基于风致振动压电能量自供能的矿井WSN安全监测系统，其特征在于：所述控制中心包括监控主机、第二光纤调制解调器、显示设备和数据库服务器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610256182.8A CN105704251A (zh) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 基于风致振动压电能量自供能的矿井wsn安全监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610256182.8A CN105704251A (zh) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 基于风致振动压电能量自供能的矿井wsn安全监测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105704251A true CN105704251A (zh) | 2016-06-22 |
Family
ID=56217388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610256182.8A Pending CN105704251A (zh) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 基于风致振动压电能量自供能的矿井wsn安全监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105704251A (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107659203A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-02-02 | 中国矿业大学 | 一种基于风能采集的深部巷道顶板监测无线传感节点 |
| CN107882594A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-04-06 | 安徽理工大学 | 一种自供电的矿井瓦斯浓度检测装置 |
| CN108899950A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-27 | 电子科技大学 | 一种自供能智能系统及电路系统 |
| CN109035470A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-18 | 中南大学 | 一种矿井用便携式安全智能执法仪 |
| CN109085289A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-25 | 王舒怡 | 一种矿井固定式风能瓦斯检测仪 |
| CN109270570A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-25 | 左思清 | 矿震探测器 |
| CN112581720A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种受限空间作业安全状态智能检测与报警系统 |
| CN113676081A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-11-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种通风巷道风能能量收集装置 |
| CN114424033A (zh) * | 2019-09-19 | 2022-04-29 | 弗瑞柏私人有限公司 | 传感器网络装置 |
| CN114485779A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-05-13 | 陕西小保当矿业有限公司 | 一种基于5g的井下传感器装置及网络系统 |
| CN114518469A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-20 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种采掘工作面风筒参数监测装置及方法 |
| CN115038151A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-09-09 | 电子科技大学 | 一种基于自供能的随钻通讯中继节点 |
| CN117825642A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-05 | 太原理工大学 | 基于风能摩擦纳米发电的矿用气体浓度监测装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080204005A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-08-28 | Lockheed Martin Corporation | Energy harvesting technique to support remote wireless mems rf sensors |
| CN102705165A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 沁源县博翔新能源科技发展有限公司 | 一种风能发电装置 |
| CN104184367A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-12-03 | 南京航空航天大学 | 柱状多方向叠堆式压电能量采集装置 |
| CN104900034A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-09-09 | 南阳师范学院 | 一种井下选煤厂设备硐室底板位移动态监测系统 |
| CN204656158U (zh) * | 2015-06-01 | 2015-09-23 | 湖北中烟工业有限责任公司 | 空调过滤网清洗装置 |
-
2016
- 2016-04-25 CN CN201610256182.8A patent/CN105704251A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080204005A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-08-28 | Lockheed Martin Corporation | Energy harvesting technique to support remote wireless mems rf sensors |
| CN102705165A (zh) * | 2012-05-31 | 2012-10-03 | 沁源县博翔新能源科技发展有限公司 | 一种风能发电装置 |
| CN104184367A (zh) * | 2014-08-01 | 2014-12-03 | 南京航空航天大学 | 柱状多方向叠堆式压电能量采集装置 |
| CN104900034A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-09-09 | 南阳师范学院 | 一种井下选煤厂设备硐室底板位移动态监测系统 |
| CN204656158U (zh) * | 2015-06-01 | 2015-09-23 | 湖北中烟工业有限责任公司 | 空调过滤网清洗装置 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107659203A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-02-02 | 中国矿业大学 | 一种基于风能采集的深部巷道顶板监测无线传感节点 |
| CN107882594A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-04-06 | 安徽理工大学 | 一种自供电的矿井瓦斯浓度检测装置 |
| CN109085289A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-12-25 | 王舒怡 | 一种矿井固定式风能瓦斯检测仪 |
| CN108899950B (zh) * | 2018-07-18 | 2021-12-28 | 电子科技大学 | 一种自供能智能系统及电路系统 |
| CN108899950A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-27 | 电子科技大学 | 一种自供能智能系统及电路系统 |
| CN109035470A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-18 | 中南大学 | 一种矿井用便携式安全智能执法仪 |
| CN109270570A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-25 | 左思清 | 矿震探测器 |
| CN114424033A (zh) * | 2019-09-19 | 2022-04-29 | 弗瑞柏私人有限公司 | 传感器网络装置 |
| CN112581720B (zh) * | 2019-09-29 | 2022-09-02 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种受限空间作业安全状态智能检测与报警系统 |
| CN112581720A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种受限空间作业安全状态智能检测与报警系统 |
| CN113676081A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-11-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种通风巷道风能能量收集装置 |
| CN114485779A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-05-13 | 陕西小保当矿业有限公司 | 一种基于5g的井下传感器装置及网络系统 |
| CN114518469A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-20 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种采掘工作面风筒参数监测装置及方法 |
| CN114518469B (zh) * | 2022-02-21 | 2024-05-10 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 一种采掘工作面风筒参数监测装置及方法 |
| CN115038151A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-09-09 | 电子科技大学 | 一种基于自供能的随钻通讯中继节点 |
| CN117825642A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-05 | 太原理工大学 | 基于风能摩擦纳米发电的矿用气体浓度监测装置及方法 |
| CN117825642B (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-30 | 太原理工大学 | 基于风能摩擦纳米发电的矿用气体浓度监测装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105704251A (zh) | 基于风致振动压电能量自供能的矿井wsn安全监测系统 | |
| CN101408487B (zh) | 基于无线传感器网络的桥梁结构安全状态应急监测及预警方法与系统 | |
| CN201402209Y (zh) | 一种风力发电机组的智能化故障监测诊断系统 | |
| CN201546759U (zh) | 基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统 | |
| CN201753617U (zh) | 一种矿用便携式有害气体传感模块 | |
| CN102980782A (zh) | 桥梁和重大基础设施结构安全监测及预警的异构传感器网络与方法 | |
| CN103234621A (zh) | 一种基于动能电池的风电叶片无线振动监测装置及方法 | |
| CN105804795B (zh) | 基于矿井微风能量收集的井下选煤硐室围岩无线监测系统 | |
| CN202231749U (zh) | 基于ZigBee技术的矿井瓦斯与温湿度监测报警系统 | |
| CN201754636U (zh) | 一种矿灯 | |
| CN108335471A (zh) | 风电场远程实时监测系统 | |
| CN205333034U (zh) | 输电线路导线弧垂在线监测系统 | |
| CN113091879B (zh) | 一种高压输电线路导线风振检测装置 | |
| CN201707125U (zh) | 无线振动在线检测仪和采用该检测仪的振动检测系统 | |
| CN106990746A (zh) | 一种市政工程现场用粉尘噪音监控系统 | |
| CN202661107U (zh) | 矿用振动温度一体式传感器 | |
| CN103498678B (zh) | 基于振动能量收集的采煤机无线传感器监测系统及监测方法 | |
| CN203285487U (zh) | 一种带有定位功能的井下环境监测装置 | |
| CN202471237U (zh) | 高压输电线路地线振动在线监测系统 | |
| CN105298751A (zh) | 基于分布式检测和数据判测的垂直轴风力发电测试装置 | |
| CN206146455U (zh) | 一种输电线路舞动在线监测及预警系统 | |
| CN105221337B (zh) | 基于多网络融合和分布式传感的垂直轴风力发电监测装置 | |
| CN206638804U (zh) | 一种智能电表监控装置 | |
| CN201515257U (zh) | 环网柜、电缆分支箱温度巡检管理系统 | |
| CN203177960U (zh) | 一种基于动能电池的风电叶片无线振动监测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160622 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |