CN201345742Y - 矿用本安型无线自组网感知装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种矿用本安型无线自组网感知装置。属无线传输设备，主要由传感器模块、微处理器、存储器、无线通信模块和电源管理电路组成，使用TinyOS实时操作系统，支持802.15.4/ZigBee协议；实现无线通信、传感、数据处理功能。完成煤矿井下采集、处理、压缩数据及中转其它无线自组网感知装置的数据包并将数据包发送出去。优点是，以自组织形式构成网络、每个感知装置都可以自主采集数据，数据通过单跳或多跳中继方式送到无线自组网汇聚装置(Sink)。汇聚装置将收集到的数据送到远程控制中心，或通过RS232接口把数据发送给PC机进行数据处理和存储。无线自组网感知装置为本质安全型，可以用于煤矿井下的信息传输、转发以及监控。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采集、处理、压缩数据、中转其它感知装置数据包并将数据包发送出去的设备，具体是一种矿用本安型无线自组网感知装置。用于实现矿井下的无线信道传输，尤其适合在煤矿井下含瓦斯及煤尘较多的危险易燃易爆的环境中使用。
背景技术
目前，井下安全监测系统中，对感知装置采集的信息一般是采用有线传输的方式，但是煤矿矿井下地形复杂，有些区域无法布置有线网络，以及对单一环境参数的监控不能及时反映整个煤矿的安全状况问题。
无线自组网的特点是可以在任何时刻任何地方构建，而不需要现有的信息基础网络设施的支持，就可以形成通信网络。当网络中一个或几个感知装置不能工作时，无线自组网感知装置会自动地重新组网。
发明内容
本实用新型提供一种矿用本安型无线自组网感知装置，用于解决目前煤矿安全生产监控系统中有线传输的弊端和无法对井下含瓦斯及煤尘较多的危险易燃易爆环境进行实时监控和处理这一制约煤矿井下的瓶颈问题。它不但可以用在一般场所，而且可以用在煤矿井下等特殊要求的场所。可以对井下无线自组网信息进行采集、处理，传输到汇聚装置，最终得到煤矿环境的实时状况。应用到煤矿井下，通过各种传感器实时采集矿井的环境信息，由TinyOS操作系统对其进行处理。自组织无线网络以单跳或多跳中继方式将信息传输到井上的监控终端，实现煤矿井下环境信息的实时监控。
本实用新型是以如下技术方案实现的：一种矿用本质安全型无线自组网感知装置，其特征在于：电路主要包括传感器模块U2、微处理器U1、数据存储模块U4、无线通信模块U3和电源管理模块U5；使用TinyOS实时操作系统，支持802.15.4/ZigBee协议；微处理器U1经传感器接口与传感器模块U2相连，微处理器U1通过SPI、状态控制总线接口与无线通信模块U3连接进行交换数据、发送命令；U1通过串行接口与数据存储模块U4相连，暂存不能实时转发出去的数据；系统将所有的外围模块通过总线的方式与微处理器U1相连；电源管理模块U5均与微处理器模块U1、传感器模块U2、无线通信模块U3、数据存储模块U4相连，供电电源采用本质安全型。
本实用新型无线自组网感知装置可以将传感器采集到的数据压缩，处理以及将其它感知装置的数据进行汇聚，最终传送给无线自组网汇聚装置。
本实用新型的有益效果是：矿用本安型无线自组网感知装置是一种新型的网络通信设备，产品为本安型，用于煤矿井下的各种安全参数进行实时监测和处理，适应性强，可以取代现有的井下分站或者井下中心站，解决井下复杂环境的综合布线和无线自组网数据信息传输和转发的问题。无线自组网感知装置和汇聚装置可以自组织形成通信网络，感知装置以单跳或多跳中继方式将数据发送到汇聚装置，大大提高了井下通信系统的鲁棒性和信息传输的有效性，对煤矿安全生产具有深远的意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型电原理框图；
图2是本实用新型电路图。
具体实施方式
如图1所示，矿用本安型无线自组网感知装置主要由微处理器U1、外接的传感器模块U2、无线通信模块U3、存储器模块U4和电源管理模块U5等几个主要部分组成。使用TinyOS操作系统，将采集到的数据进行压缩，处理以及中转其它感知装置的数据并进行汇聚，最终传送给汇聚装置。
如图2所示的实施例，本实施例各主要芯片采用的元器件及在电路中的主要功能是：
微处理器电路U1，采用的是Atmel公司的ATmega128微控制器，是电路的核心部分，主要实现将外围模块接收到的数据转换为适合无线网络传输的信号。
传感器模块U2，主要与微处理器U1的传感器扩展接口芯片DF9-50相连，根据需求挂接不同的传感器模块。
无线通信模块U3：采用的是无线射频CC2420模块。它是Chipcon公司推出的一款兼容2.4GHz802.15.4/ZigBee标准的无线收发模块，可以确保短距离通信的有效性和可靠性。CC2420使用RESETn引脚复位，使用VREG_EN引脚使能U1的电压调整器，使其产生U1所需要的电压，从而使无线通信模块进入正常的工作状态。使用SFD、FIFO、FIFOP和CCA四个引脚表示收发数据的状态，通过SPI接口(CSn、SO、SI、SCLK)与处理器交换数据，由ARM处理器来完成数据的处理工作。
数据存储模块U4：采用的是512K串行FLASHAT45DB041芯片存储数据。
电路主要采用微处理器U1通过总线与外围模块传感器模块U2、无线通信模块U3、数据存储模块U4和电源管理模块U5相连。处理器U1的8个10位ADC(ADC[0...7])引脚与DF9-50芯片的ADC[0...7]引脚相连，U1的8个GPIO PW[0...7]，INT[0...3]引脚分别与DF9-50芯片的PW[0...7]，INT[0...3]引脚相连，U1的I2C CLK，I2C DATA与DF9-50芯片的对应引脚相连。U1的PA0，PA1，PA2接LED显示模块。U3的SPI CSn，SPI SCK，SPI SI，SPI SO引脚与U1的SPI接口对应的引脚PB0，PB1，PB2，PB3相连。U1的XTAL1，XTAL2引脚与晶振相连。U3的FIFO，FIFOP，CCA，SFD引脚与U1的PB7，ADC1与INT2，PD6，PD4相连。数据存储器U4的SO，SI，SCK和CS分别与U1的USART1 RXD(PD2)，USARTI TXD(PD3)，PD5，PA3相连。
Claims (2)
1、一种矿用本安型无线自组网感知装置，其特征在于：电路主要包括传感器模块U2、微处理器U1、数据存储模块U4、无线通信模块U3和电源管理模块U5；使用TinyOS实时操作系统，支持802.15.4/ZigBee协议；微处理器U1经传感器接口与传感器模块U2相连，处理器U1通过SPI、状态控制总线接口与无线通信模块U3连接进行交换数据、发送命令；U1通过串行接口与数据存储器U4相连，暂存不能实时转发出去的数据；系统将所有的外围模块通过总线的方式与微处理器U1相连；电源管理模块U5均与微处理器模块U1、传感器模块U2、无线通信模块U3、数据存储器模块U4相连，供电电源采用本质安全型。
2、根据权利要求1所述的矿用本安型无线自组网感知装置，其特征在于：所使用的微处理器U1采用Atmel公司ATmega128微控制器，无线通信模块U3采用无线射频CC2420模块，数据存储模块U4核心芯片采用AT45DB041型，RS232控制器核心芯片采用MAX3232型，传感器扩展接口采用DF9-50型。
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