CN201902236U

CN201902236U - 综合生命监测系统

Info

Publication number: CN201902236U
Application number: CN2010205470640U
Authority: CN
Inventors: 付海芹; 袁璐; 陈兴文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2020-09-29

Abstract

一种综合生命监测系统，包括传感器模块，微处理器模块，电源供应模块，无线通信模块和终端综合监测模块，终端综合监测模块位于外部平台，传感器模块包括被动式热释电红外探头和气体传感器，两者分别与微处理器模块输入口连接，微处理器模块的输出口与无线通信模块的输入口连接，无线通信模块与终端综合监测模块采用无线传输，所述无线通信模块采用具有无线定位功能的Zigbee模块，包括两个Zigbee节点，其中一个是FFD节点，固定在矿井内，另一个是RFD节点，位于被监测人员身上。本实用新型可以在发生矿难时实时检测矿工的生命特征并能够对矿工准确定位，进行有效并及时的救援。

Description

综合生命监测系统

技术领域本实用新型涉及一种紧急救援设备，具体说是一种可监测被困人员生命特征，对其定位，对其周围空气质量进行检测的具有无线传输功能的生命监测系统。

背景技术目前，公认的矿难救援方案主要有以下两种：使用生命探测仪和在地面上等待地下人员发出救援信息，其中生命探测仪主要应用在矿难发生的时候，目前的应用范围并不是很广，而且在使用时是在地面上检测地下人员的各种信息，这就存在一个问题，在其能够测量的范围内无法在第一时间判断矿工的生命特征并为矿工精确定位，这种方案在发生矿难时，无法保证在救援的黄金时间内更好的完成救援任务。

发明内容本实用新型的目的克服了上述所说的不足，提供了一种能够在矿难发生时及时准确的判断人员的生命特征并能够为矿工准确定位的综合生命监测系统，同时，它还能实时监测矿井内的有害气体的浓度，当有害气体的浓度超标时，此系统能够迅速的把信息传送给地面上的终端监测系统，及时的解决瓦斯等有害气体超标的问题。

本实用新型解决所属技术问题所采用的技术方案是：包括传感器模块，微处理器模块，电源供应模块，无线通信模块和终端综合监测模块，终端综合监测模块位于外部平台，传感器模块包括被动式热释电红外探头和气体传感器，两者分别与微处理器模块输入口连接，微处理器模块的输出口与无线通信模块的输入口连接，无线通信模块与终端综合监测模块采用无线传输，所述无线通信模块采用具有无线定位功能的Zigbee模块，包括两个Zigbee节点，其中一个是FFD节点，固定在矿井内，另一个是RFD节点，位于被监测人员身上。

工作时，对于矿工生命特征的采集是这样实现的，被动式热释电红外探头位于被监测者身上，判断人体的体温是否恒定在37度左右，从而判断人体的生命特征，人体体温在37度左右时会发出10UM左右特定波长的红外线，被动式热释电红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的，被动式热释电红外探头监测人体体温变化，将波长信号传输给红外传感器信号处理器，经转换后将电流信号传递给微处理器进行处理后经无线通信模块传输给终端综合监测模块。

环境气体的监测使用气体传感器，它能够监测到矿井大气中的气体成分是否符合国家的标准，包括瓦斯浓度和氧气浓度等，通过气体传感器采集到的空气信号经转换后成为电信号，电信号传递给微处理器进行处理后经无线通信模块传输给终端综合监测模块，通过Zigbee模块实现无线定位功能，RFD节点与FFD节点自动交换信息，FFD节点起到网络协调器作用，将包括人员生命信息、与定位坐标原点的距离信息、电量等数据信息，通过CAN总线方式传输给地面的终端监测系统，经过监测软件的处理，以图形、表格、动画等直观的方式动态显示当前井下人员的生命信号、周围空气环境及每个井下人员的行踪。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：可以在发生矿难时实时检测矿工的生命特征并能够对矿工准确定位，进行有效并及时的救援。另外，还能实时监测矿工周围的空气质量，能够有效地预防一些不必要的事故发生。

附图说明图1是本实用新型的结构示意简图。

图2是传感器模块中矿工生命信号采集的电路连接图。

图3是34063电源转换电路的连接图。

图4是稳压电路连接图。

图5是TGS813气敏传感器电路及其温度补偿电路图。

图6是RFD节点电路图。

图7是FFD节点电路图。

图8是Zigbee模块的连接图。

具体实施方式在图1所示的本实用新型的结构示意简图中，包括传感器模块，微处理器模块，电源供应模块，无线通信模块和终端综合监测模块，终端综合监测模块位于外部平台，传感器模块包括被动式热释电红外探头和气体传感器，两者分别与微处理器模块输入口连接，微处理器模块的输出口与无线通信模块的输入口连接，无线通信模块与终端综合监测模块采用无线传输，所述无线通信模块采用具有无线定位功能的Zigbee模块，包括两个Zigbee节点，其中一个是FFD节点，固定在矿井内，另一个是RFD节点，位于被监测人员身上。

在矿工进入矿井之前，在上井口按下按键AN，此时生命监测及定位系统被唤醒并进入工作状态，此时矿工的生命信号、定位系统及气体检测等功能全面启动，系统开始工作后，由被动式热释红外探头采集到的人体温度红外生命信号转化而成的电流检测信号和由TGS813可燃性气敏传感器采集到的矿井内的甲烷和氧气的浓度而转换成的电压检测信号都直接进入Zigbee模块的微处理器内，其中微处理器内部嵌有的AD转换器将采集到的电流和电压信号转换成数字信号并直接进行处理，经过微处理器处理的信号传送至Zigbee模块的收发器部分并将信号传送至网络协调器。无线通信模块由两个Zigbee节点组成。其中一个是FFD节点，固定在矿井内，另一个是RFD节点，携带在矿工身上。其中RFD节点用来采集矿工的生命信息并能够为矿工精确定位，而FFD节点作为网络协调器使用，用来接收携带在矿工身上的RFD节点传来的矿工的生命信息，同时将此信息传递给地面上的终端监测系统。整个系统中各个节点之间采用点对点对等网络拓扑结构，在这种拓扑结构中，任何两个设备只要存在于对方的无线辐射范围之内，就可以直接通信。

一般当矿井划分为阶段开采时，其阶段垂直高度为：缓倾斜、倾斜煤层200～350m；急倾斜煤层100～250m，而相近的两个Zigbee节点的无线传输距离为10～100米。所以，矿工之间携带的是RFD，这种Zigbee节点同时只能和一个FFD进行信息交换，其传送的信息量不是很大，而且非常节省能源。而网络协调器使用的是FFD，这种Zigbee节点同时能和多个FFD进行信息交换，信息量大。基于以上理论基础，在矿井内每隔50米安装一个FFD节点作为网络协调器，这样就能保证每一个网络协调器都能和矿工身上携带的RFD进行准确无误的通信。当携带RFD系统的矿工进入网络协调器的无线监测范围内，网络协调器与RFD节点之间自动交换信息，然后网络协调器把这些包括人员生命信息、具体与定位坐标原点的距离信息、电量等数据信息，通过CAN总线方式传输给地面的终端监测系统，经过系统监控软件的处理，以图形、表格、动画等直观的方式动态显示当前井下人员的生命信号、周围空气环境每个井下人员的行踪。

图2中的(1)代表的是被动式热释电红外探头，(2)代表的是BISS0001红外传感器信号处理器。VOUT代表电流信号的输出端口。

如图3、图4所示，本实用新型由两节3V的锂电池提供电源，在RFD节点中，被动式热释电红外探头及红外传感器信号处理器BISS0001构成的声明信号检测系统和Zigbee模块中微处理器13224芯片工作时所需要的电压是5V，在稳压电路中，一般要求前后电压差在2～3V才能保证能够获得稳定的电压。由此，为保证获得稳定的电压，首先利用34063电压升压电路将其变成8V的直流稳压电源，在使用由AMS1117构成的5V降压稳压电路为上述两种电路结构提供电源。而在FFD节点中，TGS813气敏传感器工作时所需要的电压是8V，而此传感器的温度补偿电路所需要电压是5V，所以此节点中首先经由34063电压升压电路将其变成10V的直流稳压电源，然后利用8V稳压三极管78L08将输出的10V电压稳定在8V为TGS813气敏传感器提供电源，另外再用34063电压升压电路将输出的8V电源用AMS1117构成的5V降压稳压电路为Zigbee模块提供电源。

图5是TGS813气敏传感器电路及其温度补偿电路。其作用是为了补偿温度和湿度对传感器特性的影响，同时为了获得更高的精度，故使用热敏电阻对电路进行补偿。

图6中RFD节点是矿井下人员佩戴的系统，系统中含有每个矿工使用的身份识别卡，存有每个人员的身份识别信息，按钮AN有2种功能，在井下时，作为紧急呼救功能使用，当持卡人员上井以后，在更衣室进入休眠基站的工作范围，每个识别卡获得信号后进入休眠省电工作模式，当需要再次下井时，在上井口按动此按钮，唤醒识别卡并进入工作模式，这时作为唤醒功能使用。

图7是网络协调器，为FFD节点。在人员生命监测及定位系统中作为网络协调器使用，当持有身份识别卡的矿工进入网络协调器的无线监测范围内，网络协调器与识别卡之间自动交换信息，然后网络协调器把这些包括人员生命信息、具体与定位坐标原点的距离信息、电量等数据信息，通过CAN总线方式传输给地面的监控中心。

在微处理器的软件实现部分，分别设定一个电压和电流信号的参考值范围，当转换成数字量的电流信号或电压信号值超出设定的参考值范围时，说明矿工的生命信号或矿工周围的空气质量出现异常，此时地面上的终端监测系统将会出现警告信息，提示地面上的救援人员进行及时的救援。

当发生矿难时，矿工按动系统上面的紧急报警按钮，地面上的终端监测系统即可显示报警信息证明已发生矿难，需要进行紧急救援。此时，地面上的救援人员即可根据终端监测系统上显示的信息进行有效的救援工作。本实用新型可广泛应用在其他灾难救援中。

Claims

1.一种综合生命监测系统，其特征在于：包括传感器模块，微处理器模块，电源供应模块，无线通信模块和终端综合监测模块，终端综合监测模块位于外部平台，传感器模块包括被动式热释电红外探头和气体传感器，两者分别与微处理器模块输入口连接，微处理器模块的输出口与无线通信模块的输入口连接，无线通信模块与终端综合监测模块采用无线传输。

2.根据权利要求1所述的综合生命监测系统，其特征在于：所述无线通信模块采用具有无线定位功能的Zigbee模块，包括两个Zigbee节点，其中一个是FFD节点，固定在矿井内，另一个是RFD节点，位于被监测人员身上。