CN108646629A - 一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统及控制方法，包括：发射模块，其与转换模块相连接。转换模块，其与感应模块相连。感应模块，其与转换模块相连。电源模块，其与发射模块相连接。监测模块，其与处理器相连接。中央控制计算机，其内加载有分析软件。网关，其与所述中央控制计算机相连。处理器，其与所述网关相连接，并将来自所述中央控制计算机的信息传递给控制器。控制器，其分别与报警模块和启动模块相连接，同时将信号传递给报警模块和启动模块；报警模块，其与所述控制器相连接。启动模块，其与低温磁化水装置连接，启动低温磁化水装置。本发明能够实时监测并及时对异常情况作出反馈调节，保证矿井安全生产。

Description

一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统及控制 方法

技术领域

本发明涉及一种利用无线网络技术实现煤矿井下高温和粉尘的监控系统与该系统的实现方法，尤其涉及一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统及控制方法。

背景技术

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。

传统的矿业安全管理方式以单纯的管理人为主，缺乏定量指标，准确性差，越来越不适应现代化生产的需要。将ZigBee技术应用于矿井安全领域，提出了一种定性、定量的评估方法，采用ZigBee将终端传感器收集的各种参数传至坑道上的网关，再采用有线方式将网关数据传输至地面上的中央控制计算机，由计算机对数据进行分析，对矿井安全状况作出评估。

将ZigBee技术应用到煤矿掘进巷道和回采巷道等高温粉尘危害严重的部位，利用传感器进行监控，并利用一种矿用低温磁化水装置(专利号：201420662837.8)作为反馈响应装置，实现煤矿掘进巷道和回采巷道高温粉尘状况的实时监测与高温粉尘危害的解决。

发明内容

本发明设计了一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统及控制方法，能够监测煤矿井下掘进巷道和回采巷道的高温粉尘状况，保证煤矿井下安全生产。

本发明的另一个目的是：地面上的中央控制计算机通过传感器传回的信息进行分析后，作出反馈，使矿用低温磁化水装置运行并将产生的低温磁化水喷向高温粉尘指示超标处，使其恢复至正常值范围内。

本发明提供的技术方案为：

一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，包括：

发射模块，其与转换模块相连接，能够接收来自转换模块发出的电信号，并将电信号以无线的形式发送出去。

转换模块，其与感应模块相连，能够接收感应模块的数据信息，并将其转换为发射模块可接收的电信号。

感应模块，其与转换模块相连，能够测量矿井下环境指标，并将测得指标传送给转换模块转换为可用电信号。

电源模块，其与发射模块相连接，提供发射模块所需的电量，并实时监测电池电量，以便及时更换电源。

优选的是，所述发射模块，采用ZigBee单片机作为无线网络传输的载体，其可靠性高，稳定性好，且低能耗，高带宽。

优选的是，所述转换模块包括：信号模拟放大器、A/D转换器、电平比较器、信号处理器。

优选的是，所述感应模块包括：温度传感器和粉尘浓度传感器。

优选的是，所述电源模块包括：电池、电压转换电路、电池电量监测装置。

本发明的另一个目的利用监测系统的监测结果进行煤矿井下高温粉尘异常状况的控制，利用中央计算机中的分析软件分析数据，下达调节指令，使井下的低温磁化水制备装置工作，制备的低温磁化水喷向高温粉尘工作面进行异常状况的控制和实时监测。

该控制方法提供的技术方案为，一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘控制方法，该方法包括：

监测模块，其与处理器相连接，其内包含一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统。

中央控制计算机，其内加载有分析软件，可分析判断井下实时数据的特征，并进行控制指令的下达。

网关，其与所述中央控制计算机相连，分布在井下巷道内，作为信号传递的中转站，传递来自处理器的信息。

处理器，其与所述网关相连接，处理并传递来自监测模块的信息，并将来自所述中央控制计算机的信息传递给控制器。

控制器，其分别与报警模块和启动模块相连接，同时将信号传递给报警模块和启动模块；

报警模块，其与所述控制器相连接，接收控制器的信息并发出报警信号。

启动模块，其与低温磁化水装置连接，启动低温磁化水装置。

优选的是，所述网关，其布置在巷道内，每隔几十米一个，用线缆连接。

优选的是，所述报警模块，其内含光信号报警装置和声信号报警装置。

优选的是，所述启动模块，其内含阀门开关控制装置，控制低温磁化水制备装置的风气发动机开关。

控制方法的实现步骤如下：

步骤一：监测路线：监测模块→处理器→网关→中央控制计算机→分析软件。

其中监测模块即为一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其收集的信息通过ZigBee无线发射模块发送至处理器，处理器将其传递给网关，网关数量为若干个，依次通过线路连接，将信号传输至地面中央控制计算机，中央控制计算机利用分析软件对数据进行分析，如发现异常，启动控制线路，即为步骤二所述路线；

步骤二：分析软件→中央控制计算机→网关→处理器→控制器→(报警模块)启动模块→低温磁化水装置。

其中，分析软件对比参考指标发现实际数据出现重大偏差，下达指令使中央控制计算机发送信息至网关，利用网关将信息传递至处理器，处理器将信息传递给控制器，控制器同时对报警模块和启动模块下达启动指令，启动模块随即启动低温磁化水装置井下矿井降温降尘，直至数据恢复正常为止。

本发明所述的有益效果为：将ZigBee技术引入煤矿安全控制可以使我们定量、定性的对煤矿井下掘进巷道和回采巷道高温粉尘现场进行评估，减少由于人为因素在矿业安全管理上造成的疏漏，同时ZigBee具有低功耗、可靠性高、高扩充性等优点，使得监测系统更稳定持久，此外，本发明采用反馈调节机制，对于工作面数据进行实时监测的同时具有异常情况的响应控制机制，使得工作面数据恢复正常后，停止控制机制的指令发出，实现智能化控制。

附图说明

图1为本发明一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统结构示意图。

图2为本发明一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘控制方法的流程图。

图中：1、感应模块，2、转换模块，3、电源模块，4、发射模块，5、监测模块，6、处理器，7、网关，8、中央控制计算机，9、分析软件，10、控制器，11、启动模块，12、报警模块，13、低温磁化水装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，包括发射模块4，其与转换模块2相连接，其内为ZigBee单片机发射模块，能够接收来自转换模块发出的电信号，并将电信号以无线的形式发送出去。所述转换模块2，其与感应模块1相连，能够接收感应模块1的数据信息，并将其转换为发射模块4可接收的电信号。所述感应模块1，其与转换模块2相连，能其内包含温度传感器和粉尘浓度传感器，主要测试指标为温度和粉尘浓度指标，并将测得指标传送给转换模块2转换为可用电信号。另包含一个电源模块3，其与发射模块4相连接，提供发射模块4所需的电量，并实时监测电池电量，以便及时更换电源。

当感应模块1监测到温度和粉尘浓度异常时，通过转换模块2将传感器的信号转换为ZigBee发射模块可接收的电信号，发射模块4在接收到信号后将其以无限形式发送至处理终端进行处理。

如图2所示，本发明提供一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘控制方法，其包括：监测模块5，其与处理器6相连接，其内包含一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统。中央控制计算机8，其内加载有分析软件9，可分析判断井下实时数据的特征，并进行控制指令的下达。网关7，其与所述中央控制计算机8相连，分布在井下巷道内，作为信号传递的中转站，传递来自处理器6的信息。处理器6，其与所述网关7相连接，处理并传递来自监测模块5的信息，并将来自所述中央控制计算机8的信息传递给控制器10。所述控制器10，其分别与报警模块12和启动模块11相连接，同时将信号传递给报警模块12和启动模块11；所述报警模块12，其与所述控制器10相连接，接收控制器10的信息并发出报警信号12。所述启动模块11，其与低温磁化水装置13连接，启动低温磁化水装置13。

监测模块5即为一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其收集的信息通过ZigBee无线发射模块发送至处理器6，处理器6将其传递给网关7，网关7数量为若干个，依次通过线路连接，将信号传输至地面中央控制计算机8，中央控制计算机利用分析软件9对数据进行分析，如发现异常，启动控制线路，即分析软件9对比参考指标发现实际数据出现重大偏差，下达指令使中央控制计算机8发送信息至网关7，利用网关7将信息传递至处理器6，处理器6将信息传递给控制器10，控制器10同时对报警模块12和启动模块11下达启动指令，启动模块11随即启动低温磁化水装置13井下矿井降温降尘，直至数据恢复正常为止。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，包括：发射模块，其与转换模块相连接，能够接收来自转换模块发出的电信号，并将电信号以无线的形式发送出去。转换模块，其与感应模块相连，能够接收感应模块的数据信息，并将其转换为发射模块可接收的电信号。感应模块，其与转换模块相连，能够测量矿井下环境指标，并将测得指标传送给转换模块转换为可用电信号。电源模块，其与发射模块相连接，提供发射模块所需的电量，并实时监测电池电量，以便及时更换电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其特征在于：所述发射模块，采用ZigBee单片机作为无线网络传输的载体。

3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其特征在于：所述转换模块包括：信号模拟放大器、A/D转换器、电平比较器、信号处理器。

4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其特征在于：所述感应模块包括：温度传感器和粉尘浓度传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其特征在于：所述电源模块包括：电池、电压转换电路、电池电量监测装置。

6.一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘控制方法，使用权利要求1-5所述的一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其特征在于：监测模块，其与处理器相连接，其内包含一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统。中央控制计算机，其内加载有分析软件。网关，其与所述中央控制计算机相连，分布在井下巷道内。处理器，其与所述网关相连接，处理并传递来自监测模块的信息，并将来自所述中央控制计算机的信息传递给控制器。控制器，其分别与报警模块和启动模块相连接，同时将信号传递给报警模块和启动模块；报警模块，其与所述控制器相连接，接收控制器的信息并发出报警信号。启动模块，其与低温磁化水装置连接，启动低温磁化水装置。

7.一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘控制方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：监测路线：监测模块→处理器→网关→中央控制计算机→分析软件。其中监测模块即为一种基于ZigBee技术的煤矿井下高温粉尘监控系统，其收集的信息通过ZigBee无线发射模块发送至处理器，处理器将其传递给网关，网关数量为若干个，依次通过线路连接，将信号传输至地面中央控制计算机，中央控制计算机利用分析软件对数据进行分析，如发现异常，启动控制线路。

步骤二：分析软件→中央控制计算机→网关→处理器→控制器→(报警模块)启动模块→低温磁化水装置。

其中，分析软件对比参考指标发现实际数据出现重大偏差，下达指令使中央控制计算机发送信息至网关，利用网关将信息传递至处理器，处理器将信息传递给控制器，控制器同时对报警模块和启动模块下达启动指令，启动模块随即启动低温磁化水装置井下矿井降温降尘，直至数据恢复正常为止。