CN203287110U - 一种基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统 - Google Patents

一种基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统 Download PDF

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黄友锐
曲立国
唐超礼
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Abstract

本实用新型公开了一种基于工业以太环网和ZigBee的煤矿温度监测系统，该系统采用星型结构，包括ZigBee协调器节点和温度采集节点，温度采集节点利用温度传感器采集温度信息，温度信息通过微控制器处理后经射频天线发送给ZigBee协调器节点，协调器节点将接收到的信息利用串口通信发送给工业以太网网关，再利用工业以太环网上传到服务器，通过地面控制中心将温度信息显示给用户。本实用新型的煤矿温度监测系统，采用工业以太环网和ZigBee相结合的信号传输技术，安置方便、易于使用和维护，能够实现对煤矿井下任意点处温度值的监测。

Description

一种基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种基于工业以太环网和ZigBee的矿井温度监测系统，属于煤矿安全生产领域。
背景技术
随着ZigBee无线通信技术的发展，其被广泛应用于无线传感器测量网络、智能交通、工农业监控等众多领域。ZigBee无线通信技术具有低复杂度、低功耗、低成本、组网灵活等特点十分适用于需要自动连续采集数据、局域分布测量、大范围联网数据处理的测量场合。传统的煤矿温度监控方式基本上都是采用有线方式，布线纷繁复杂，若要集中监控，要用各自的通讯电缆将数据传输到地面，这会使矿井大量重复布线、资源浪费、安装维护工作复杂。现有的科技文献也公开了一些无线温度监控的解决方案，多采用的是简单的无线数据发射、接收方式，这使得整个系统的建设和更新较为复杂，可扩展性差，采用ZigBee则组网方便，可扩展性强。
随着对煤矿生产安全可靠性要求，地面监控系统需要对大量实时数据进行处理，并且要根据实时处理的结果进行跳合闸等操作，另外要将实时数据、历史记录传送到监控系统，用于数据显示和事故分析。传统的信息传输方式和无线的传输方式无法满足要求，目前现代化矿井通信系统主要采用工业以太环网作为通信主干网，结合ZigBee无线通信技术和其它各种接入网络，形成一个覆盖全矿井的监测系统。一种基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统将ZigBee协调器节点通过串口RS232作为与工业以太环网间的接入通信系统，可保障在煤矿恶劣环境中温度信息传输的实时性和物理安全性，同时也保证了数据的高速传输。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于工业以太环网和ZigBee的矿井温度监测系统。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，利用工业以太环网为煤矿井下主干通信网络，主干网采用TCP/IP协议进行网络通信，主干网通过工业级交换机为全矿地面及井下各个子系统提供方便灵活的工业以太网接口，ZigBee协调器节点6和温度采集节点7采用星型结构，通过网关5分段接入通信主干网，实现井下主要工作区域的网络覆盖，实现煤矿井下温度场的实时监测，温度采集节点7利用温度传感器8采集温度信息，将采集的温度信息送交微控制器9进行初步处理，通过微控制器9芯片中集成的RF射频天线将温度信息以及发送端的信息传送给ZigBee协调器节点6，ZigBee协调器节点6将接收到的所有信息通过串口10传送给网关5，最后通过服务器4将温度送给地面控制中心3显示给用户。
所述的基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，其特征在于：所述煤矿通信主干网为1000M工业以太环网，采用TCP/IP协议进行网络通信。
所述的基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，其特征在于：所述温度传感器8采用DS18B20温度传感器.
所述的基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，其特征在于：所述微控制器9采用CC2530控制器。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型的一种基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，采用无线和工业以太网相结合的温度采集传输技术，不仅方便架设、易于使用和维护，还能够实现煤矿井下任意点处的温度的采集和实现对采集的温度信息实时传输。
附图说明
图1为本实用新型基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统框图。
图2为本实用新型的接收部分系统框图。
图3为本实用新型的温度采集节点系统图。
图4为本实用新型的系统总流程图。
具体实施方式
如图1所示，工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，由工业以太环网1和ZigBee网络2组成。所述工业以太环网1为煤矿通信主干网：1000M工业以太环网，采用TCP/IP协议进行网络通信；主干网通过工业级交换机为全矿地面及井下各个子系统提供方便灵活的工业以太网接口。地面控制中心3通过服务器4完成煤矿各系统的监控、人员安全感知、设备健康状态感知等。所述ZigBee网络2分布在井下，包括ZigBee协调器节点6和温度采集节点7，温度采集节点7利用温度传感器8采集温度信息，将温度信息送交微控制器9进行初步处理，通过微控制器9芯片中集成的RF射频天线将温度信息以及发送端的信息传送给ZigBee协调器节点6，ZigBee协调器节点6将接收到的所有信息传送给网关5，通过网关5分段接入通信骨干网，实现煤矿井下任意点处温度的监测；所述温度传感器4采用DS18B20温度传感器；所述微控制器5采用CC2530控制器。
如图2所示由微控制器9、串口通信10和网关2构成的ZigBee协调器节点,协调器节点负责发起并维护一个无线网络，管理所有与之相连的终端节点，接受来自温度采集节点7的温度信息以及节点信息，并将所有的信息通过串口通信10传送给网关5，然后通过服务器4上传至地面控制中心3。
如图3所示为温度采集节点，包括温度传感器8和微控制器9。温度采集节点利用温度传感器DS18B20采集温度信息，将温度信息送交微控制器CC2530进行初步处理，通过CC2530芯片中集成的RF射频天线将温度信息以及温度采集节点信息传送给ZigBee协调器节点6。使用DS18B20可以节省资源、使系统结构简单，可靠性变高，适用于煤矿井下温度场的长时间温度监测。
如图4所示本系统的总流程图，系统软件设计主要包括：每个节点中的功能模块驱动程序设计，系统组网程序设计，协调器节点与网关通信程序设计。在整个系统中，每个节点都是用了ZigBee协议，整个系统的函数包括主函数、温度测量、无线组网和通信函数。系统开始时，ZigBee协调器首先硬件初始化，ZigBee协调器包含所有网络信息，它负责发送网络信标，建立网络，等待终端节点的加入，终端节点初始化后开始寻找指定信道上的协调器，并发出请求，建立连接后，终端节点会获得相应的网络地址，并等待服务指令，接收到服务指令后，采集温度信息并向协调器节点发送温度信息，协调器节点收到温度信息，并对数据信息进行处理通过网关上传服务器。

Claims (4)

1.一种基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，其特征在于：利用煤矿井下主干通信网络工业以太环网，主干网采用TCP/IP协议进行网络通信，主干网通过工业级交换机为全矿地面及井下各个子系统提供方便灵活的工业以太网接口，ZigBee协调器节点6和温度采集节点(7)采用星型结构，通过网关(5)分段接入主干网，实现井下主要工作区域的网络覆盖，实现煤矿井下温度的实时监测，温度采集节点(7)利用温度传感器(8)采集温度信息，将温度信息送交微控制器(9)进行初步处理，通过微控制器(9)芯片中集成的RF射频天线将温度信息以及发送端的信息传送给ZigBee协调器节点(6)，ZigBee协调器节点(6)将接收到的所有信息通过串口(10)传送给网关(5)，最后通过服务器(4)将温度送给地面调度控制中心(3)显示给用户。 
2.根据权利要求1所述的基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，其特征在于：所述煤矿通信主干网为1000M工业以太环网，采用TCP/IP协议进行网络通信。 
3.根据权利要求1所述的基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，其特征在于：所述温度传感器(8)采用DS18B20温度传感器。 
4.根据权利要求1所述的基于工业以太环网和ZigBee的温度监测系统，其特征在于：所述微控制器(9)采用CC2530控制器。 
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