CN202058295U - 基于物联网的无线网络监控系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型揭示了一种基于物联网的无线网络矿井监控系统，所述系统包括：一个或多个无线传感器节点、设置于矿井下的一个或多个无线基站、无线交换机、设置于矿井上控制中心的中央控制机；所述无线基站通过无线交换机连接中央控制机，中央控制机通过无线交换机、无线基站与无线传感器节点通讯；无线传感器节点收集监测井下的环境参数，通过无线自组网，把数据通过井下的无线基站传入井上中央控制机。本实用新型提出的基于物联网的无线网络监控系统，可主动的跳过出现故障的传感器节点，动态地组成自治网络系统，保证矿井监测的稳定准确的进行。

Description

基于物联网的无线网络监控系统
技术领域
本实用新型属于无线通信技术领域，涉及一种无线网络监控系统，尤其涉及一种基于物联网的无线网络监控系统。
背景技术
矿井监测系统是煤矿高产、高效、安全生产的重要保证。现有的矿井监测监控系统在保证煤矿安全生产、提高生产率和设备利用率等方面发挥了重要作用。但由于系统监测稳定性实时性不强、电缆用量大、系统性价比低，难以满足煤矿安全生产的需要。特别表现在以下两方面：一是只能测量固定地点的，有测量盲区，对于采掘面等危险地点，大多仍是采用便携仪监测；二是没有针对移动监控进行研制，没有用于体积小、功能齐全的仪器接入的移动测控网。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于物联网的无线网络监控系统，可主动的跳过出现故障的传感器节点，动态地组成自治网络系统，保证矿井监测的稳定准确的进行。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于物联网的无线网络矿井监控系统，所述系统包括：一个或多个无线传感器节点、设置于矿井下的一个或多个无线基站、无线交换机、设置于矿井上控制中心的中央控制机；
所述无线基站通过无线交换机连接中央控制机，中央控制机通过无线交换机、无线基站与无线传感器节点通讯；
无线传感器节点收集监测井下的环境参数，通过无线自组网，把数据通过井下的无线基站传入井上中央控制机。
作为本实用新型的一种优选方案，所述无线传感器节点包括功能传感器、控制器存储器、节点身份定位器、节点动态组网模块、无线收发器；控制器存储器分别与功能传感器、节点身份定位器、节点动态组网模块、无线收发器连接；
功能传感器采集监测数据，在控制器存储器进行初步压缩处理；节点动态组网模块和无线收发器进行动态组网，将数据传入井下的无线基站，进而传入地面的中央控制机。
作为本实用新型的一种优选方案，所述无线传感器节点进一步包括节电模块，用以动态调整自身功率和开关机。
作为本实用新型的一种优选方案，所述控制器存储器包括MSP430单片机，采用16位RISC核，时钟频率4MHz，有多个12位模/数转器以及可变的片上RAM。
作为本实用新型的一种优选方案，所述监控系统进一步包括数据服务器，所述数据服务器与中央控制机连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述监控系统进一步包括报警模块，所述报警模块与中央控制机连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述无线传感器节点包括瓦斯传感器节点、液压传感器节点、机电参数传感器节点、空气流通传感器节点、水位传感器节点、温度传感器节点。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的基于物联网的无线网络监控系统，可主动的跳过出现故障的传感器节点，动态地组成自治网络系统，保证矿井监测的稳定准确的进行。利用基于频谱分析技术的监控软件进行计算分析，提供清晰明了的实时状况热点分布图。有利于监控人员更实时更精准的定位发生的故障。在报警方面，除了常规的警灯、鸣笛提醒外，还有监控软件的实时状况热点分布图上的故障点变色示警，以及基于移动运营商的短信平台发出短信提醒。使得本监控系统最大限度的满足监控人员的需求，为工作人员提供更便捷、更精准、更安全的监控体系。
附图说明
图1为本实用新型无线网络矿井监控系统的体系图。
图2为本实用新型无线网络矿井监控系统的无线传感器节点结构图。
图3为本实用新型无线网络矿井监控系统的无线自组网。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本实用新型揭示了一种基于物联网的无线网络监控系统，采用现在已经成熟并广泛使用的瓦斯、温度等传感器部分。增加基于物联网的无线网络组网，并把身份定位、数据编码、无线源探测和节电等智能控制器植入传感器节点，对传感器得到的数据信号进行初步处理后，通过新型的无线网络组网技术传入地面中央控制机。中央控制机的控制软件收集这些数据，并使用频谱分析技术对数据进行分析处理，通过实时状况热点分布图的形式展现出来。实时状况热点分布图中，模拟出井下无线传感器节点的位置分布，每个无线传感器节点显示该设备的对应参数，为用户提供实时的结果展示。
本新型无线网络矿井监控系统如图1、图3所示，包括无线交换机1，中央控制机2，数据服务器3，基站4，瓦斯传感器节点B1，…，Bn，液压传感器节点A1，…，An，主要机电参数传感器节点C1，…，Cn，空气流通传感器节点D1，…，Dn，水位传感器节点E1，…，En，温度传感器节点F1，…，Fn。这些分布在井下各个部位的传感器不断地获得监测数据，再进行数据压缩。之后，正常活跃的节点动态地组成自治网络系统，将传感器节点的数据(包括身份标识数据)传入井下巷道的基站，基站再通过有线的方式经无线交换机1传入中央控制机。使用频谱分析技术对数据进行处理后，监控软件生成实时状况热点分布图，模拟出井下无线传感器节点的位置分布，每个无线传感器节点显示该设备的对应参数，为管理者提供实时的结果展示。一旦井下传感器节点监测出环境状况出现问题，报警模块会启动控制报警设备(警灯、鸣笛等)进行报警，实时状况热点分布图上也会反应出对应井下的状况发生位置。同时，管理软件可以通过基于移动运营商的短信平台发出短信，提醒相关负责人。
图2为传感器节点原理图，如图2所示，传感器节点包括功能传感器21，控制器存储器22(该处理器是专门为嵌入式应用而设计，采用16位RISC核，时钟频率4MHz，适用于不同类型外围设备的指令集。它拥有多个12位模/数转器以及可变的片上RAM)，节点身份定位器23，节点动态组网模块24，无线收发器25，节电模块26。
功能传感器21监测井下实时的相应数据，数字信号的数据，会直接用霍夫曼算法进行数据压缩；模拟信号的数据会经过传感器节点的控制存储器22里的A/D转换器，先转换成数字信号，再进行数据压缩。再加入节点的身份标识，进入节点的控制存储器22，准备发送数据。此时，周边节点之间会通过节点动态组网模块24和无线收发器25，动态地组成自治网络系统。在该步骤过程中，传感器节点随时可能由于种种原因发生故障而失效，如节点C1和节点E1发生故障，传感器网络的拓扑结构因而发生改变，节点动态组网模块24通过分配协议和分布式算法能够重新恢复其配置，使其他节点A1，…，Bn，C2，…，Dn，…，E2，…，Fn动态地创建通信链路，保障无线传输的正常进行。节电模块26可以使无线传感器节点间歇性轮流工作，以及在无线节点探知周围节点分布密度大、信号强度大时，降低自身功率，达到动态调整自身功率和开关机的节能效果。
中央控制机2收到井下传来的数据，经过频谱分析技术对数据进行处理后，监控软件生成实时状况热点分布图，模拟出井下无线传感器节点的位置分布，每个无线传感器节点显示该设备的对应参数，为管理者提供实时的结果展示。一旦井下传感器节点(如节点F1)的检测参数超出了管理软件预设的安全范围，报警模块会控制报警设备(警灯、鸣笛等)进行报警，实时状况热点分布图上也会很快的辨认出对应井下节点F1位置的颜色变为警示的大红色。同时，对于某些特定的预设情形，一旦发生该状况，管理软件可以通过基于移动运营商的短信平台发出短信，使相关负责人即时收到消息。
本新型无线网络矿井监控系统的核心部分是无线传感器节点控制器存储器，采用基于MSP430单片机。
综上所述，本实用新型提出的基于物联网的无线网络监控系统，可主动的跳过出现故障的传感器节点，动态地组成自治网络系统，保证矿井监测的稳定准确的进行。利用基于频谱分析技术的监控软件进行计算分析，提供清晰明了的实时状况热点分布图。有利于监控人员更实时更精准的定位发生的故障。在报警方面，除了常规的警灯、鸣笛提醒外，还有监控软件的实时状况热点分布图上的故障点变色示警，以及基于移动运营商的短信平台发出短信提醒。使得本监控系统最大限度的满足监控人员的需求，为工作人员提供更便捷、更精准、更安全的监控体系。
这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种基于物联网的无线网络矿井监控系统，其特征在于，所述系统包括：一个或多个无线传感器节点、设置于矿井下的一个或多个无线基站、无线交换机、设置于矿井上控制中心的中央控制机；
所述无线基站通过无线交换机连接中央控制机，中央控制机通过无线交换机、无线基站与无线传感器节点通讯；
无线传感器节点收集监测井下的环境参数，通过无线自组网，把数据通过井下的无线基站传入井上中央控制机。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的无线网络矿井监控系统，其特征在于：
所述无线传感器节点包括功能传感器、控制器存储器、节点身份定位器、节点动态组网模块、无线收发器；控制器存储器分别与功能传感器、节点身份定位器、节点动态组网模块、无线收发器连接；
功能传感器采集监测数据，在控制器存储器进行初步压缩处理；节点动态组网模块和无线收发器进行动态组网，将数据传入井下的无线基站，进而传入地面的中央控制机。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的无线网络矿井监控系统，其特征在于：所述无线传感器节点进一步包括节电模块，用以动态调整自身功率和开关机。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的无线网络矿井监控系统，其特征在于：所述控制器存储器包括MSP430单片机，采用16位RISC核，时钟频率4MHz，有多个12位模/数转器以及可变的片上RAM。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的无线网络矿井监控系统，其特征在于：
所述监控系统进一步包括数据服务器，所述数据服务器与中央控制机连接。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的无线网络矿井监控系统，其特征在于：
所述监控系统进一步包括报警模块，所述报警模块与中央控制机连接。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的无线网络矿井监控系统，其特征在于：
所述无线传感器节点包括瓦斯传感器节点、液压传感器节点、机电参数传感器节点、空气流通传感器节点、水位传感器节点、温度传感器节点。
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