CN1881815A - 基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统、装置和方法。低功耗短程自动路由无线网络由两种结点构成：固定结点(3)和移动结点(4)。其中至少有一个固定结点(3)通过电缆(2)连接到井上的监控中心(1)。该系统具有本安防爆、不受井下动力供电影响和出现瓦斯爆炸后通信也不易被切断、布设简便、成本低廉、运行可靠、功能强等优点。不论井下动力电源正常与否，本发明均能够通过传感器对井下环境状况与参数进行监测，与井下人员保持通信并对其定位。这些功能对于井下安全生产与抢险救护有着极其重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及矿井下人员定位、传感和通信领域，尤其是一种基于低功耗短程无线自动路由网络的矿井下人员定位、传感和通信系统、装置和方法。
背景技术
煤矿开采的关键是安全工作。防止瓦斯爆炸以及抢险救人又是其中的关键。已有很多人设计了各种井下通信、传感和人员定位的装置与系统。如于斌、秦绍强提出的《矿山井下通讯系统》(中国专利，申请号：CN02133023.9)和刘玉贞等提出的《井下无线通信系统》(中国专利，申请号：CN03140128.7)，这两种系统的工作依然依靠有线通信和供电，不仅有引爆瓦斯的潜在威胁，在出现事故后由于供电系统和有线通信线路被切断(由于事故本身切断或为避免再次瓦斯爆炸而人工切断)使得井下与井上不能保持通信。刘相春提出的《矿山井下无线感应通讯系统》(中国专利，申请号：CN02133023.9)也存在上述弊端。崔莉等提出的《一种基于无线传感器网络的井下定位系统、装置及方法》(中国专利，申请号：CN200510071144.7)、赵泽等提出的《一种基于传感器网络的井下安全监测系统、装置及方法》(中国专利，申请号：CN200510071143.2)和费璟昊等提出的《一种基于传感器网络的井下语音通信系统、装置及方法》(中国专利，申请号：CN200510011740.6)均是基于传感器网络实现人员的井下定位系统、瓦斯气体的监测和语音通信，这些系统均采用有线与无线结合方式，在出现事故后由于供电系统和系统中的有线通信线路被切断(由于事故本身切断或为避免再次瓦斯爆炸而人工切断)，同样使得井下与井上不能保持通信。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，具有本安防爆、不受井下动力供电影响和出现瓦斯爆炸后也不易被切断通信、布设简便、成本低廉、运行可靠、功能强等优点。
为此，本发明的采用低功耗短程自动路由无线网络组成井下定位通信系统。顾名思义，低功耗短程自动路由无线网络是由若干低功耗的结点组成的网络，这些结点采用无线方式并能够自动路由地进行任意一点对其他另一点的通信。这样，即使是个别或若干结点由于移动超出了最初的相邻结点的通信距离或由于某种原因被损坏，剩余结点只要相互通信的两结点之间路径上各相邻结点在通信距离以内，则可以保证他们相互之间通信的畅通。由于各结点的低功耗，即使是井下供电系统被切断，网络依然可以依靠自身的备用电源保持较长时间的通信。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
图2为本发明的固定结点(3)结构图。
图3为本发明的移动结点(4)(由井下工作人员携带)结构图。
图4为本发明的固定结点(3)的工作流程图。
图5为本发明的移动结点(4)(由井下工作人员携带)工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明的系统采用低功耗短程自动路由无线网络。低功耗短程自动路由无线网络由两种结点构成：固定结点(3)和移动结点(4)。其中至少有一个固定结点(3)通过电缆(2)连接到井上的监控中心(1)。固定结点(3)和移动结点(4)的控制核心是微功耗单片机(CPU)，这里采用美国TI公司的MSP430。这两种结点的低功耗短程自动路由无线通信采用ZIGBEE(智蜂)器件，型号是美国飞思卡尔公司出品的MC1320X。结点也可以采用集成单片机与低功耗短程自动路由无线通信器件(ZIGBEE)为一体的器件，如美国飞思卡尔公司出品的MC1321X，或Ember公司的EM250。
由于采用自动路由无线网络，任意两结点之间的通信会自动地选择最佳的路径。同时，由于相邻两结点之间的通信距离有限(短程)，因此，可以根据其通信路由确定结点的位置。
在图1中，井上的监控中心(1)通过电缆(2)连接到主巷道的一个或多个固定结点(3)，该固定结点(3)或多个固定结点(3)安装在足够安全的地方，即一旦出现塌方或瓦斯爆炸也不会对它造成损害的地方；但该结点又要放置到足够巷道深远的地方，以节省仅仅用于通信的固定结点(3)数量。然后沿着巷道每隔10～50M放置一个固定结点(3)，其两固定结点(3)之间的最近放置距离不仅要保证它们之间能够可靠通信，还需保证在出现事故或某个结点出现故障是也能保证网络的正常通信。固定结点(3)的分布要遍及井下所有的地方，包括回风巷和所有工作面以及弃用的巷道。换言之，固定结点(3)的安置数量要有足够的安全冗余。每个固定结点(3)的编号要有记录并在井上的监控中心(1)的模拟盘上显示。
如图2所示，每个固定结点(3)除控制核心CPU和用于无线通信的ZIGBEE外，还有传感器接口，用于连接测量瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、温度、风速等的传感器；图像接口，用于连接CCD图像传感器或其他图像传感器；语音接口，用于连接话筒和扬声器等作为语音通信用途。在某一固定结点(3)，上述三种接口可按实际情况选配。
配置语音接口的固定结点(3)中的通信控制按钮K用于需要强制通信：在遇有紧急情况时可以按下该按钮与井上监控中心(1)进行语音通信，如果配置了图像传感器，还将自动打开图像传感器并把现场图像传输到井上监控中心(1)。
固定结点(3)采用双重备份方式供电：平时通过电源接口由巷道中的动力电源线或其他电源线供电，一旦巷道中的动力电源线或其他电源线被切断，则自动转换由备份电池B供电。
如图3所示，每个移动结点(4)除控制核心CPU和用于无线通信的ZIGBEE外，还可配置有图像接口，用于连接CCD图像传感器或其他图像传感器；语音接口，用于连接话筒和扬声器等作为语音通信用途。在某一移动结点(4)，上述二种接口可按实际情况选配。
移动结点(4)中的通信控制按钮K用于需要强制通信：在遇有紧急情况时可以按下该按钮与井上监控中心(1)进行语音通信，如果配置了图像传感器，还将自动打开图像传感器并把现场图像传输到井上监控中心(1)。
移动结点(4)采用矿灯的电池通过矿灯电池接口供电。
固定结点(3)的工作流程图：
固定结点(3)的工作流程图如图4所示。在遇有紧急情况时，井下工作人员可以按下固定结点(3)中的通信控制按钮K向井上监控中心(1)报警，井上监控中心(1)通过固定结点(3)发送来信息包中的首发地址(结点代码)可以确定井下报警位置。在报警的固定结点(3)配置有语音和/或图像接口时，固定结点(3)还可以向井上监控中心(1)传送图像信息和进行语音通信。
如果固定结点(3)接收到其他固定结点(3)或移动结点(4)发来需转送的信息，检测信息包中的转发地址是否有空，在第一个为空的转发地址端添加本固定结点(3)地址(结点代码)，处理后将信息转发出去。这样，井上监控中心(1)可以根据收到信息的转发地址信息的来源及其传递路径。如果信息包中的所有的转发地址段都不为空，则直接将信息转发出去。
如果定时检测的时间到，固定结点(3)先将本结点地址(结点代码)发往井上监控中心(1)，然后根据本结点配置有传感器和/或图像接口的有无确定对传感器和/或图像信息的检测和将相应的信息发往井上监控中心(1)与否。
如果接收到井上监控中心(1)的测试指令，固定结点(3)先将本结点地址(结点代码)发往井上监控中心(1)，然后根据本结点配置有传感器和/或图像接口的有无确定对传感器和/或图像信息的检测和将相应的信息发往井上监控中心(1)与否。
移动结点(4)的工作流程图：
移动结点(4)的工作流程图如图5所示。在遇有紧急情况或需要时，井下工作人员可以按下移动结点(4)中的通信控制按钮K向井上监控中心(1)报警，井上监控中心(1)通过该移动结点(4)发送来信息包中的首发地址(结点代码)和第一个转发该信息的固定结点(3)的第一转发地址可以确定移动结点(4)的身份和井下报警位置。在报警的移动结点(4)配置有语音和/或图像接口时，移动结点(4)还可以向井上监控中心(1)传送图像信息和进行语音通信。
如果移动结点(4)接收到其他固定结点(3)或移动结点(4)发来需转送的信息，检测信息包中的转发地址是否有空，在第一个为空的转发地址端添加本固定结点(3)地址(结点代码)，处理后将信息转发出去。这样，井上监控中心(1)可以根据收到信息的转发地址信息的来源及其传递路径。如果信息包中的所有的转发地址段都不为空，则直接将信息转发出去。
如果定时检测的时间到，移动结点(4)先将本移动结点(4)地址(结点代码)发往井上监控中心(1)，然后根据本结点配置语音和/或图像接口的有无确定与井上监控中心(1)进行通信与否。
如果接收到井上监控中心(1)的测试指令，移动结点(4)先将本移动结点(4)地址(结点代码)发往井上监控中心(1)，然后根据本结点配置语音和/或图像接口的有无确定与井上监控中心(1)进行通信与否。
综上所述，不论井下动力电源正常与否，本发明均能够通过传感器对井下环境状况与参数进行监测，与井下人员保持通信并对其定位。这些功能对于井下安全生产与抢险救护有着极其重要的作用。
Claims (10)
1、一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：低功耗短程自动路由无线网络由两种结点构成：固定结点(3)和移动结点(4)。其中至少有一个固定结点(3)通过电缆(2)连接到井上的监控中心(1)。
2、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：结点的控制核心是微功耗单片机(CPU)。
3、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：结点中的无线通信电路采用低功耗短程自动路由器件。
4、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：结点采用集成单片机与低功耗短程自动路由无线电路为一体的器件构成。
5、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：固定结点(3)具有可检测瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、温度、风速等的传感器接口。
6、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：固定结点(3)具有可检测环境图像等的图像接口。
7、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：固定结点(3)具有可用于语音通信用途的语音接口。
8、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：固定结点(3)采用双重备份方式供电：平时通过电源接口由巷道中的动力电源线或其他电源线供电，一旦巷道中的动力电源线或其他电源线被切断，则自动转换由备份电池B供电。
9、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：移动结点(4)具有可检测环境图像等的图像接口。
10、根据权利要求1所述的一种基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统，其特征在于：移动结点(4)具有可用于语音通信用途的语音接口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2005100161199A CN1881815A (zh) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | 基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CNA2005100161199A CN1881815A (zh) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | 基于低功耗短程自动路由无线网络的井下定位通信系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN1881815A true CN1881815A (zh) | 2006-12-20 |
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ID=37519835
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| CN (1) | CN1881815A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103796166A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-05-14 | 仲杏英 | 矿井定位系统 |
| CN111970644A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-20 | 深圳市紫光新能源技术有限公司 | 用于矿井定位系统的蓝牙信标基站、基站群和收发网络 |
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2005
- 2005-11-16 CN CNA2005100161199A patent/CN1881815A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103796166A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-05-14 | 仲杏英 | 矿井定位系统 |
| CN103796166B (zh) * | 2014-03-10 | 2017-04-26 | 哈尔滨学院 | 矿井定位系统 |
| CN111970644A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-11-20 | 深圳市紫光新能源技术有限公司 | 用于矿井定位系统的蓝牙信标基站、基站群和收发网络 |
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