CN110220542A - 一种具有固定件的无线网络传感器及透地通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有固定件的无线网络传感器及透地通信系统,传感器包括传感器本体和固定件,固定件通过线缆连接传感器本体,或者固定件设有用于装配传感器本体的固定槽。本发明通过设置固定件防止井下采空区塌陷后产生的无线传感器乱窜问题,即固定件通过线缆连接传感器本体,在传感器本体承受采空区塌陷的冲击力的时候,或采空区积水导致传感器上浮至水面的时候,通过线缆对传感器本体的拉力,保证传感器本体在一定范围内移动,或者通过固定槽防止传感器本体乱窜,实现塌陷的井下采空区的信息定位。
Description
技术领域
本发明属于无线通信网络设备技术领域,具体涉及一种具有固定件的无线网络传感器及透地通信系统。
背景技术
采空区内部的温度分布、气体浓度分布等信息对于矿井进行合理的工作面回采速度设计、巷道布置设计、瓦斯抽采设计、火灾预警及应急救援等工作均具有重要的指导作用。但由于采空区内部人员无法进入且环境条件复杂,目前只能采用预埋管路、打钻抽气等传统手段来采集相关信息。
在采空区内预埋管路的方式因管路布置的位置受限,获取的信息往往局限在采空区两侧,而内部的温度、气体浓度分布信息无法获取,且由于采空区塌陷、环境条件复杂常常导致管路出现断裂、堵塞等情况,导致现场的维护工作量巨大。而打钻抽气的方式虽然理论上能够获取采空区内部任一位置的信息,但是人工打钻的工程量非常大,在现场使用时也只能有针对性的采集个别位置的信息,不具备获取整个采空区内部信息分布的可行性。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有固定件的无线网络传感器及透地通信系统,用于解决提前布置好的无线传感器在井下采空区塌陷后或存在积水时位置乱窜的问题。
为解决上述技术问题,本发明提出一种无线网络传感器,包括以下解决方案:
包括传感器本体和固定件,所述固定件通过线缆连接传感器本体,或者所述固定件设有用于装配传感器本体的固定槽。
本发明通过设置固定件防止井下采空区塌陷后或积水时无线传感器的乱窜,即固定件通过线缆连接无线传感器,在无线传感器承受采空区塌陷的冲击力的时候,或采空区积水导致传感器上浮至水面的时候,通过线缆对无线传感器的拉力保证无线传感器在一定范围内移动,实现塌陷的井下采空区的信息定位。
进一步,所述传感器本体包括外保护层,外保护层内设置有微处理器,及分别连接微处理器的透地通信模块和电池,透地通信模块用于接收和发送无线信号,微处理器根据所述无线信号进行传感器的信息定位。
进一步,在上述无线网络传感器的基础上,还包括连接微处理器的信息采集模块,信息采集模块用于采集传感器的环境信息。且根据井下采空区的采集需求,所述信息采集模块至少为温度信息采集模块、压力信息采集模块、气体浓度信息采集模块中的一种。
进一步,本发明的无线网络传感器通过在外保护层设置了防水层,在传感器随机布置的过程中,当布置到采空区的积水区域时,也不会因为浸水而失效,且当积水较多时,传感器会浮在水面上,仍能够进行传感器的定位功能及信息采集功能,解决井下采空区存在积水时无线网络传感器浸水失效的问题。
进一步,所述外保护层还包括缓冲层,防止采空区对传感器造成的反冲击作用,具有抗砸功能。
为解决上述技术问题,本发明还提出一种透地通信系统,包括以下解决方案:
包括网络集中控制器,三个以上无线网络传感器,无线网络传感器包括传感器本体和固定件,所述固定件通过线缆连接传感器本体,或者所述固定件设有用于装配传感器本体的固定槽。
本发明的透地通信系统,通过设置固定所述无线传感器的固定件,防止井下采空区塌陷后或积水时无线传感器的乱窜,即固定件通过线缆连接无线传感器,在无线传感器承受采空区塌陷的冲击力的时候,或采空区积水导致传感器上浮至水面的时候,通过线缆对无线传感器的拉力保证无线传感器在一定范围内移动,实现塌陷的井下采空区的信息定位。
进一步,无线网络传感器包括外保护层,外保护层内设置有微处理器,及分别连接微处理器的透地通信模块和电池,透地通信模块用于接收和发送无线信号,微处理器根据所述无线信号进行传感器的信息定位,各无线网络传感器之间在通信范围内进行自组网,并通过自组网将无线网络传感器的信息发送给网络集中控制器。
进一步,网络集中控制器布置在井下巷道里,无线网络传感器布置在井下采空区内。
进一步,在上述无线网络传感器的基础上,还包括连接微处理器的信息采集模块,信息采集模块用于采集传感器的环境信息。且根据井下采空区的采集需求,所述信息采集模块至少为温度信息采集模块、压力信息采集模块、气体浓度信息采集模块中的一种。
进一步,所述外保护层包括防水层和缓冲层。本发明的无线网络传感器通过在外保护层设置的防水层,在传感器布置的过程中,当布置到采空区的积水区域时,也不会因为浸水而失效,且当积水较多时,传感器会浮在水面上,仍能够进行传感器的定位功能及信息采集功能,解决井下采空区存在积水时无线网络传感器浸水失效的问题。所述外保护层包括的缓冲层,防止采空区对传感器造成的反冲击作用,具有抗砸功能。
进一步,根据已知坐标的三个无线网络传感器的位置信息,采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线网络传感器的位置信息,得到所述无线网络传感器的定位信息。
进一步,网络集中控制器接收所述定位信息后,还用于将所述定位信息进行展示并上传至地面的矿井安全监控预警系统。
本发明的网络集中控制器接收所述定位信息后,还用于将所述节点定位信息进行展示,及时显示各个无线网络传感器采集的环境信息和定位信息,并上传至地面的矿井安全监控预警系统,方便煤矿管理人员及时了解采空区温度分布及异常报警等信息。
附图说明
图1是本发明提出的一种无线网络传感器示意图;
图2是本发明提出的一种透地通信系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例一:
本发明的一种无线网络传感器如图1所示,包括传感器本体和固定件,固定件通过线缆连接传感器本体,或者固定件设有用于装配传感器本体的固定槽。
传感器本体包括外保护层10,外保护层的形状为球形(也可以为其他形状),外保护层10内设置有微处理器20,及分别连接微处理器20的透地通信定位模块30和电池40,透地通信定位模块30用于采集无线网络传感器的定位信息,并将该定位信息通过无线网络进行传输;还包括用于固定无线传感器的固定件60,该固定件60通过线缆70连接无线传感器。
本发明通过设置固定件防止井下采空区塌陷后或积水时无线传感器的乱窜,即固定件通过线缆连接传感器本体,在无线传感器承受采空区塌陷的冲击力的时候,或采空区积水导致传感器上浮至水面的时候,通过线缆对传感器本体的拉力保证传感器本体在一定范围内移动,实现塌陷的井下采空区的信息定位。
或者,在固定件上设置用于装配传感器本体的槽,通过固定件的槽限制传感器本体,保证在井下采空区塌陷后传感器本体在固定件的槽中,实现塌陷的井下采空区的信息定位。
在上述无线网络传感器的基础上,还包括连接微处理器的信息采集模块,信息采集模块用于采集传感器的环境信息。且根据井下采空区的采集需求,信息采集模块至少为温度信息采集模块、压力信息采集模块、气体浓度信息采集模块中的一种。
本发明的无线网络传感器通过在外保护层设置有防水层,在传感器布置的过程中,当布置到采空区的积水区域时,也不会因为浸水而失效,且当积水较多时,传感器会浮在水面上,仍能够进行传感器的定位功能及信息采集功能,解决井下采空区存在积水时无线网络传感器浸水失效的问题。
外保护层还包括缓冲层,防止采空区对传感器造成的反冲击作用,具有抗砸功能。
实施例二:
本发明提出的一种透地通信系统如图2所示,包括网络集中控制器,三个以上无线网络传感器,无线网络传感器包括传感器本体和固定件,固定件通过线缆连接传感器本体,或者固定件设有用于装配传感器本体的固定槽。
传感器本体包括外保护层,外保护层的形状为球形,外保护层内设置有微处理器,及分别连接微处理器的透地通信模块和电池,透地通信模块用于接收和发送无线信号,微处理器根据无线信号进行传感器的信息定位,各无线网络传感器之间在通信范围内进行自组网,并通过自组网将无线网络传感器的信息发送给网络集中控制器。
本发明的透地通信系统,通过设置传感器本体的固定件,防止井下采空区塌陷后或积水时无线传感器的乱窜,即固定件通过线缆连接传感器本体,在传感器本体承受采空区塌陷的冲击力的时候,或采空区积水导致传感器上浮至水面的时候,通过线缆对传感器本体的拉力保证传感器本体在一定范围内移动,实现塌陷的井下采空区的定位信息。
或者,在固定件上设置用于装配传感器本体的槽,通过固定件的槽限制传感器本体,保证在井下采空区塌陷后传感器本体在固定件的槽中,实现塌陷的井下采空区的信息定位。
为了便于测量井下采空区内的信息,上述网络集中控制器布置在井下巷道里,无线网络传感器布置在井下采空区内。
在上述无线网络传感器的基础上,还包括连接微处理器的信息采集模块,信息采集模块用于采集传感器的环境信息。且根据井下采空区的采集需求,信息采集模块至少为温度信息采集模块、压力信息采集模块、气体浓度信息采集模块中的一种,将传感器的位置信息以及温度、压力、气体浓度等采集到的信息进行透地传输。
本发明的无线网络传感器通过在外保护层设置了防水层,在传感器随机布置的过程中,当布置到采空区的积水区域时,也不会因为浸水而失效,且当积水较多时,传感器会浮在水面上,仍能够进行传感器的定位功能及信息采集功能,解决井下采空区存在积水时无线网络传感器浸水失效的问题。外保护层还包括缓冲层,防止采空区对传感器造成的反冲击作用,具有抗砸功能。
无线网络传感器进行位置定位时,根据已知坐标的三个无线网络传感器的位置信息,采用比较接收信号强度定位算法计算剩余无线网络传感器的位置信息,得到无线网络传感器的节点定位信息。上述RSSI定位算法是一种三点定位算法,根据已知三个点的坐标和未知点到这三个点的RSSI的信号值,求解未知点的坐标。由于该RSSI定位算法属于现有技术,本实施例不再对其原理进行赘述,关于RSSI定位算法具体参见期刊《计算机工程与应用》于2010年第46卷第17期的论文《一种用于室内人员定位的RSSI定位算法》。
网络集中控制器接收定位信息后,还用于将节点定位信息进行展示及时显示各个无线网络传感器采集的环境信息和定位信息,并上传至地面的矿井安全监控预警系统,方便煤矿管理人员及时了解采空区温度分布及异常报警等信息。当所有无线网络传感器通信完成后立即进入休眠状态,各无线网络传感器以设定时间进行自组网的拓扑更新。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种无线网络传感器,其特征在于,包括传感器本体和固定件,所述固定件通过线缆连接传感器本体,或者所述固定件设有用于装配传感器本体的固定槽。
2.根据权利要求1所述的无线网络传感器,其特征在于,所述传感器本体包括外保护层,外保护层内设置有微处理器,及分别连接微处理器的透地通信模块和电池,透地通信模块用于接收和发送无线信号,微处理器根据所述无线信号进行传感器的信息定位。
3.根据权利要求2所述的无线网络传感器,其特征在于,还包括连接微处理器的信息采集模块,信息采集模块用于采集传感器的环境信息。
4.根据权利要求3所述的无线网络传感器,其特征在于,所述信息采集模块至少为温度信息采集模块、压力信息采集模块、气体浓度信息采集模块中的一种。
5.根据权利要求2所述的无线网络传感器,其特征在于,所述外保护层包括防水层和缓冲层。
6.一种透地通信系统,包括网络集中控制器,三个以上无线网络传感器,其特征在于,无线网络传感器包括传感器本体和固定件,所述固定件通过线缆连接传感器本体,或者所述固定件设有用于装配传感器本体的固定槽。
7.根据权利要求6所述的透地通信系统,其特征在于,无线网络传感器包括外保护层,外保护层内设置有微处理器,及分别连接微处理器的透地通信模块和电池,透地通信模块用于接收和发送无线信号,微处理器根据所述无线信号进行传感器的信息定位,各无线网络传感器之间在通信范围内进行自组网,并通过自组网将无线网络传感器的信息发送给网络集中控制器。
8.根据权利要求7所述的透地通信系统,其特征在于,网络集中控制器布置在井下巷道里,无线网络传感器布置在井下采空区内。
9.根据权利要求7所述的透地通信系统,其特征在于,还包括连接微处理器的信息采集模块,信息采集模块用于采集传感器的环境信息。
10.根据权利要求9所述的透地通信系统,其特征在于,所述信息采集模块至少为温度信息采集模块、压力信息采集模块、气体浓度信息采集模块中的一种。
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