CN108131164A - 一种多功能智能传感器 - Google Patents
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- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
Abstract
本发明公开了一种多功能智能传感器，传感器单元通过CAN总线模块与ARM处理器连接，ARM处理器还与视频系统、存储单元、过限报警器、GPS模块、ZIGBEE模块连接，ZIGBEE模块通过基站与用户终端无线连接，视频系统、GPS模块与基站无线连接，基站还与无线模块无线连接，无线模块与传感器单元连接。本发明实现了多种类型传感器的集成化，采集的数据都可以实时存储以备相关人员调阅。利用上位机进行数据处理让数据处理不在过多的依赖底层的MCU。系统对数据的传输可靠性高，安全性强，系统安装、扩展与维修方便。并加入GPS进行人员定位记录运行轨迹，有利于确保在紧急情况下可以进行指导下紧急逃生救援。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种多功能智能传感器。
背景技术
伴随着采矿工业的持续发展，受生产环境、技术装备、管理水平等诸多因素的限制，各种安全问题及事故不断涌现出来。我国矿山事故多、伤亡重、经济损失大，重、特大伤亡事故。井下有毒气体的浓度及气体本身的特点决定了对作业人员健康的威胁程度，其实这也是由来已久的问题。
随着煤矿装备智能化自动化迅猛的发展，采煤工作面的装备化不断的提高。人员定位行驶记录以及人员所在的环境等有害气体进行实时监测。由于传统煤矿氧气、一氧化碳、甲烷等监测只是采煤工作面以及通风巷道放置若干个，不能进行运动监测。对煤矿生产这种高危作业，人们正在寻求一种提高采煤工作效率又能避免灾害事故。对此人们提出对煤矿进行严格管理，必要对煤矿作业进行实时监测。虽然井下也分布诸多的各式各样的传感器，但是对井下的生产活动还存在着大量的盲区。例如瓦斯突出，以及采煤工作人员工作环境情况监管不到。例如在发生重大灾害时，如何有效指导人员进行逃生自救问题等。以及在第一时间内进行有效的救援等。对于传统的智能化传感器他们的数据处理绝大部分都是在底层MCU中完成的这样会对MCU造成极大的负担。为此人们不得寻求更高处理速度的处理芯片这无疑会造成资源的浪费，加大煤矿实时监控的成本。
另外，传统传感器主要布设在重要采煤工作面、通风巷道、主要交通要道等。这往往不能反映人员的活动情况。还有部分传统方式布设传感器主要分布煤壁上不能迅速监测突发状况。例如，瓦斯突出等等。在发生突发灾害时，在没人员定位的情况下。这本身就会给搜救带来巨大的困难。在发生火灾、水灾，因为缺少正确有效的指导逃生方式，会造成二次伤害。传统的布设传感器已经安装，如果进行维修存在着不少的困难，一般很难进行二次利用。一般的还必须进行相应供电以保证其正常运行、其数据的输送与地面控制端的连接还必须布设相应的线路，增加其生产成本。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能智能传感器,以解决现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明提供了一种多功能智能传感器，包括传感器单元、视频系统、CAN总线模块、无线模块、存储单元、过限报警器、GPS模块、ZIGBEE 模块、基站、用户终端和ARM处理器，所述传感器单元通过CAN总线模块与ARM 处理器连接，所述ARM处理器还与视频系统、存储单元、过限报警器、GPS模块、 ZIGBEE模块连接，所述ZIGBEE模块通过基站与用户终端无线连接，所述视频系统、GPS模块与基站无线连接，所述基站还与无线模块无线连接，所述无线模块与传感器单元连接。
进一步地，所述无线模块为WIFI模块、GPRS模块任意一种。
进一步地，所述传感器单元包括但不限于温湿度传感器、甲烷气体传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、风速传感器、气压传感器、粉尘浓度传感器、氧气传感器。
进一步地，所述用户终端为手机或者服务器。
进一步地，所述传感器单元与CAN总线模块有128个接点。
本发明的有益效果是：
本发明运用模数电技术、全数字化智能化，实现了多种类型传感器的集成化，采集的数据都可以实时存储以备相关人员调阅。利用上位机进行数据处理让数据处理不在过多的依赖底层的MCU。系统对数据的传输可靠性高，安全性强，系统成本低且功耗小，系统安装、扩展与维修方便。并加入GPS进行人员定位记录运行轨迹，有利于确保在紧急情况下可以进行指导下紧急逃生救援，对煤矿采煤作业有着切实的生产指导意义。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，一种多功能智能传感器，包括传感器单元1、视频系统2、CAN 总线模块3、无线模块4、存储单元5、过限报警器6、GPS模块7、ZIGBEE模块 8、基站9、用户终端10和ARM处理器11，所述传感器单元1通过CAN总线模块3与ARM处理器11连接，所述ARM处理器11还与视频系统2、存储单元5、过限报警器6、GPS模块7、ZIGBEE模块8连接，所述ZIGBEE模块8通过基站9 与用户终端10无线连接，所述视频系统2、GPS模块7与基站9无线连接，所述基站9还与无线模块4无线连接，所述无线模块4与传感器单元1连接。
本实施例中，所述无线模块4为WIFI模块、GPRS模块任意一种。
本实施例中，所述传感器单元1包括但不限于温湿度传感器、甲烷气体传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、风速传感器、气压传感器、粉尘浓度传感器、氧气传感器。
本实施例中，所述用户终端10为手机或者服务器。
本实施例中，所述传感器单元1与CAN总线模块3有128个接点。
本发明的整体布局如图1所示：前端采样电路基于ARM的控制电路以及过限报警/数据存储/GPS定位/ZIGBEE与数据终端的数据传递、信息共享。
本发明主要有三部分组成，前端多功能集成部分，通过CAN总线连接可同时增减所需要的传感器最多可以加入128个节点；基于ARM控制器核心部件用于信息的采集和上位机传递，接受上位机的指令并直接操作执行部分；最后一部分基于无线数据终端通过基站收集数据并进行存储分析，多种传感器的数据可以通过无线模块直接传到数据终端，实现数据的终端处理在很大程度上减轻底层ARM控制器的处理数据的压力。
本发明采用ZIGBEE模块进行远程的信息共享、存储。可以避免信息的丢失，同时每一个携带该设备的煤矿工作人员都可以成为一个采集煤矿环境因素、处理信息、发送信息的节点。这个节点还是可移动的。ZIGBEE的任务主要是将煤矿工作人员所处环境的氧气、甲烷、一氧化碳等数据发送给数据终端。以备相关人员进行调用和查阅。
在此还加入了GPS模块，主要实现人员定位。可以在矿山立体上查看人员的分布情况，将每个人员标注在矿下分布图上。有利于实时监测矿下人员的数量，以及人员所在的位置。同时可以在紧急情况下，跟踪GPS进行失事人员搜救。当某一地点瓦斯突出，除了加强通风、还能根据每个节点反馈甲烷浓度将指导人员向低瓦斯浓度的地方疏散。在发生火灾、水灾时借助导航转移到安全地带。同时还加了手机SD卡，把人员的轨迹数据记录到SD卡中。还可以将人员的轨迹数据通过ZIGBEE上传到数据终端，可供人员查看每个节点的轨迹。同时在外设中还加入了视频系统，可以实现每个工作人员与数据终端进行可视通话。便于工作任务的传达，在发生紧急情况下可以直接指导人员进行逃生自救。经由GPS导航，可以指导人们快速撤离，去往安全地带。
每个携带该设备的煤矿工作人员，都会成为一个采集矿下环境因数的采集点。例如，某一时刻某一地点人员的分布情况以及氧气、甲烷、一氧化碳等浓度的情况。可以为此展开分析，并指导采煤生产活动安全有效的进行。同时这款智能化传感器与各个类型的传感器是通过CAN总线连接，可以增减不同的传感器。可以设计成专业化的某一类型的传感器检测设备。
传统矿井传感器的分布主要结合了井下生产中对各类传感器进行布设，具有一定的局限性。本发明将一定类别的传感器布设在人员的身上，可以实时监测人员所处的环境情况。每个无线传感器将数据传输到相应采煤工作区的基站，由基站通过以太网光缆将数据传输给安全监测监控中心。各检测终端的每个基站都有固定的地址，通过传输的数据对数据来源进行定位，同时，安全监测监控中心将预测结果以报文形式下传至相应终端，实现井下及时报警。
传统的传感器采集数据主要是依赖底层的MCU进行处理，这样过分的增加了底层处理器的负担。本发明提出一种基于无线模块将传感器采样直接传到数据终端，利用上位机进行数据处理分析。数据统计归纳，代入相应模型。在大数据背景下得出客观规律，可以直接用于指导生产实践。
与现有技术相比本发明的优点在于：运用模数电技术、全数字化智能化，实现了多种类型传感器的集成化，采集的数据都可以实时存储以备相关人员调阅。利用上位机进行数据处理让数据处理不在过多的依赖底层的MCU，系统对数据的传输可靠性高，安全性强，系统成本低且功耗小，系统安装、扩展与维修方便。并加入GPS进行人员定位记录运行轨迹，有利于确保在紧急情况下可以进行指导下紧急逃生救援，对煤矿采煤作业有着切实的生产指导意义。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种多功能智能传感器，包括传感器单元(1)、视频系统(2)、CAN总线模块(3)、无线模块(4)、存储单元(5)、过限报警器(6)、基站(9)、用户终端(10),其特征在于：其还包括：
GPS模块(7)，实现人员定位，在矿山立体上查看人员的分布情况，将每个人员标注在矿下分布图上，实时监测矿下人员的数量以及人员所在的位置；同时在紧急情况下，跟踪GPS进行失事人员搜救；当某一地点瓦斯突出，除了加强通风、还能根据每个节点反馈甲烷浓度将指导人员向低瓦斯浓度的地方疏散，在发生火灾、水灾时借助导航转移到安全地带；
ZIGBEE模块(8)，将煤矿工作人员所处环境的氧气、甲烷、一氧化碳的数据发送给数据终端，进行远程的信息共享、存储；
ARM处理器(11)，用于信息的采集和上位机传递，接受上位机的指令并直接操作执行部分；
所述传感器单元(1)通过CAN总线模块(3)与ARM处理器(11)连接，所述ARM处理器(11)还与视频系统(2)、存储单元(5)、过限报警器(6)、GPS模块(7)、ZIGBEE模块(8)连接，所述ZIGBEE模块(8)通过基站(9)与用户终端(10)无线连接，所述视频系统(2)、GPS模块(7)与基站(9)无线连接，所述基站(9)还与无线模块(4)无线连接，所述无线模块(4)与传感器单元(1)连接。
2.如权利要求1所述的一种多功能智能传感器，其特征在于：所述无线模块(4)为WIFI模块、GPRS模块任意一种。
3.如权利要求1所述的一种多功能智能传感器，其特征在于：所述传感器单元(1)包括但不限于温湿度传感器、甲烷气体传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、风速传感器、气压传感器、粉尘浓度传感器、氧气传感器，基于无线数据终端通过基站收集数据并进行存储分析，多种传感器的数据可以通过无线模块直接传到数据终端，实现数据的终端处理在很大程度上减轻底层ARM控制器的处理数据的压力。
4.如权利要求1所述的一种多功能智能传感器，其特征在于：所述用户终端(10)为手机或者服务器。
5.如权利要求1所述的一种多功能智能传感器，其特征在于：所述传感器单元(1)与CAN总线模块(3)有128个接点。
6.如权利要求1所述的一种多功能智能传感器，其特征在于：其还包括手机SD卡，把人员的轨迹数据记录到SD卡中，将人员的轨迹数据通过ZIGBEE上传到数据终端，可供人员查看每个节点的轨迹；同时在外设中还加入了视频系统，实现每个工作人员与数据终端进行可视通话。
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