CN109451055A - 基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿井下监测监控数据的传输，具体为基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统，包括由环网交换机、综合信息处理站组成的以太环网，环网交换机位于井上，综合信息处理站分布在井下，综合信息处理站连接有无线跳传节点，无线跳传节点包括电源处理模块、无线通信处理模块、LoRa驱动器、无线模块、以太网驱动器和以太网接口，电源处理模块连接外部本安电源，LoRa驱动器和无线模块连接，LoRa驱动器和无线通信处理模块连接，以太网驱动器和以太网接口连接，以太网驱动器和无线通信处理模块连接，无线跳传节点通过以太网接口和综合信息处理站连接。该系统避免网络因某些故障不工作造成的瘫痪局面，提高了数据的传输速度，保证网络的正常运行。

Description

基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统
技术领域
本发明涉及煤矿井下监测监控数据的传输，具体为基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统。
背景技术
在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP(Access Point)相连的无线链路来访问网络，形成一个局部的BSS(Basic Service Set)。用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这种网络结构被称为单跳网络。
在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。这种结构的最大好处在于：如果最近的AP由于流量过大而导致拥塞的话，那么数据可以自动重新路由到一个通信流量较小的邻近节点进行传输。依此类推，数据包还可以根据网络的情况，继续路由到与之最近的下一个节点进行传输，直到到达最终目的地为止。这样的访问方式就是多跳访问。
其实人们熟知的Internet就是一个Mesh网络的典型例子。例如，当我们发送一份E-mail时，电子邮件并不是直接到达收件人的信箱中，而是通过路由器从一个服务器转发到另外一个服务器，最后经过多次路由转发才到达用户的信箱。在转发的过程中，路由器一般会选择效率最高的传输路径，以便使电子邮件能够尽快到达用户的信箱。
与传统的交换式网络相比，无线Mesh网络去掉了节点之间的布线需求，但仍具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能。在无线Mesh网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径。添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径。
目前，煤矿井下安全监测监控数据接入和传输通常是靠以太网交换机组成的网络实现的，安全监测监控系统中的分站通过网线与交换机连接，分站又通过有线，如RS485或CAN总线连接传感器。一台分站只能连接最多八个传感器（模拟信号传输时），当分站故障或线路断路时，直接影响数据的正常传输。另外添加或移动设备时，系统不能自动拓扑网络变化。采用无线Mesh网络结构是实现煤矿井下安全监测监控数据更可靠传输必然发展方向。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统。
本发明是采用如下的技术方案实现的：基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统，包括由环网交换机、综合信息处理站组成的以太环网，环网交换机位于井上，综合信息处理站分布在井下，综合信息处理站连接有无线跳传节点，无线跳传节点包括电源处理模块、无线通信处理模块、LoRa驱动器、无线模块、以太网驱动器和以太网接口，电源处理模块连接外部本安电源，LoRa驱动器和无线模块连接，LoRa驱动器和无线通信处理模块连接，以太网驱动器和以太网接口连接，以太网驱动器和无线通信处理模块连接，无线跳传节点通过以太网接口和综合信息处理站连接，电源处理模块给无线跳传节点内各模块供电。
上述的基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统，无线跳传节点还包括本安后备电源。
上述的基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统，无线跳传节点还包括时间差定位处理模块，时间差定位处理模块和无线通信处理模块连接。
本发明高可靠安全监测监控系统具有以下优点：
1.无线Mesh网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。
2.采用多跳访问的方式进行传输，避免AP由于流量过大而导致拥塞。
3.无线Mesh网络具有分布式网络所提供的冗余机制和重新路由功能，避免网络因某些故障不工作造成的瘫痪局面，提高了数据的传输速度，保证网络的正常运行。
4.在无线Mesh网络里添加新设备时，它可以自动进行自我配置，网络能够自动发现拓扑变化，确保数据有效、正常的传输。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为无线跳传节点的原理框图。
图3为信息矿灯的原理框图。
图4为无线传感器的原理框图。
图5为无线控制器的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，环网交换机、综合信息处理站1（包含交换机）、综合信息处理站2（包含交换机）组成以太环网，综合信息处理站3（包含交换机）为以太网分支，它们共同组成了有线网络。综合信息处理站上连接无线跳传节点1-20，其中1、6、12、17无线跳传节点同时提供网关功能，将无线数据转换成以太网数据。移动设备可包括信息矿灯、无线传感器、无线控制器、无线语音扩播器及其他无线数传装置。由上述设备组成一种新型的高可靠安全监测监控系统。
网络中以太环网是千兆光纤网络，具有很高的抗干扰性和数据传输可靠性，它可以传输如监测监控、人员定位、数字化语音和视频信息等数据。
网络中无线跳传节点1-20采用433兆LoRa扩频技术的无线模块，单一模块最大输出功率20dbm，接收灵敏度-148dbm，空矿地可传输5000m，传输速率最大300Kbps。应用到煤矿井下可实现距离600m，速率125kbps的数据传输。无线跳传节点是实现无线跳传的关键设备，如图2所示，包括电源处理模块、时间差定位处理模块、无线通信处理模块、本安后备电源、3组LoRa驱动器、3组无线模块（SX1278模块）、以太网驱动器、以太网接口、电源指示灯、接收指示灯和发送指示灯，电源处理模块连接外部本安电源和本安后备电源，电源处理模块为无线跳传节点内各模块供电，LoRa驱动器和无线模块连接，LoRa驱动器和无线通信处理模块连接，3组无线模块作为三个信道，既可以接收信息也可以传输信息，以太网驱动器和以太网接口连接，以太网驱动器和无线通信处理模块连接，无线跳传节点通过以太网接口和综合信息处理站连接，时间差定位处理模块和无线通信处理模块连接，时间差定位处理模块可以对人员和设备的位置进行定位。无线跳传节点具有无线接入、无线中继、人员定位、网关等功能，该装置在供电系统断电后通过内部后备电源可维持6h的供电。
信息矿灯可实现三个功能，1.照明控制、2.安全监测监控信息显示、3.人员定位等功能，如图3所示，包括微处理器、本安电池、OLED显示器、SX1278模块和LED灯驱动器，微处理器分别和本安电池、OLED显示器、SX1278模块和LED灯驱动器连接，信息矿灯不仅仅提供照明功能，而且可实现与监测监控系统数据共享。信息矿灯是煤矿井下工作人员必须随时随地随身携带的安全设备，它在具有照明功能的同时还具备了监测监控系统数据共享显示和定位功能。它的信息功能完全受控于LoRa扩频无线通信，由于它是一部移动式无线通信设备，它可与巷道中无线跳传节点无线连接，实现无线数据通信。由于无线信号采用LoRa扩频调制，接收灵敏度可做的-146dbm，它可在低于100dbm功率时在煤矿井下传输600m的距离。
无线传感器和无线控制器，由于采用无线跳传技术实现安全监测监控系统网络的构建，所有相关安全监测监控数据采集和控制均可通过无线传感器、无线控制器实现。无线传感器原理框图如图4所示，无线控制器原理框图如图5所示，无线传感器包括微处理器、声光报警器、传感器、SX1278模块和电源控制及后备电源，微处理器和声光报警器、传感器、SX1278模块和电源控制及后备电源连接；无线控制器包括微处理器、执行机构、SX1278模块和电源控制及后备电源，微处理器和执行机构、SX1278模块和电源控制及后备电源连接。

Claims (3)

1.基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统，其特征在于包括由环网交换机、综合信息处理站组成的以太环网，环网交换机位于井上，综合信息处理站分布在井下，综合信息处理站连接有无线跳传节点，无线跳传节点包括电源处理模块、无线通信处理模块、LoRa驱动器、无线模块、以太网驱动器和以太网接口，电源处理模块连接外部本安电源，LoRa驱动器和无线模块连接，LoRa驱动器和无线通信处理模块连接，以太网驱动器和以太网接口连接，以太网驱动器和无线通信处理模块连接，无线跳传节点通过以太网接口和综合信息处理站连接，电源处理模块给无线跳传节点内各模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统，其特征在于无线跳传节点还包括本安后备电源。
3.根据权利要求1或2所述的基于无线跳传的煤矿安全监测监控系统，其特征在于无线跳传节点还包括时间差定位处理模块，时间差定位处理模块和无线通信处理模块连接。
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