CN203925592U - 一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及环境安全监测系统领域，尤其涉及一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统。包括测尘模块、CAN总线、监控模块，键盘、电源模块。其特征在于，所述的监控模块和测尘模块之间通过CAN总线连接，所述测尘模块包括数据采集单元和数据传输单元，所述的监控模块由监控显示电路、数据采集终端、存储模块、声光报警装置、除尘电路和断路开关装置组成，所述的监控模块用于协调整个系统的正常工作，发出命令，同时接受数据和信息，实现监控、声光报警、控制断路开关、驱动除尘电路及显示。本实用新型采用ZigBee的无线传感器网络可对煤矿粉尘全方位实时监测，无须铺设线路，操作简单，容易维护，组网成本低，并大大增强系统可靠性和灵活性。

Description

一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统

技术领域

本实用新型涉及环境安全监测系统领域，尤其涉及一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统。

背景技术

煤矿安全生产是目前社会重点关注的热点问题之一，尤其是在能源紧张，对煤碳的需求量不断增加的今天，煤矿的安全生产问题更是值得我们关注，同时也是为建设平安和谐社会的必然要求。在煤矿采掘生产过程中，除了生产煤等能源产品之外，还会产生粉尘等有害物质。粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒，是保持地球温度的主要因素之一，大气中过多或过少的粉尘都将对环境产生灾难性的影响。但在生活和工作中，生产性粉尘是人类健康的天敌，是诱发多种疾病的主要原因之一，特别是煤矿粉尘，一方面严重危害工人的身体健康，致使工人患尘肺病；另一方面粉尘浓度过高还潜伏着爆炸的危险。每年因为粉尘灾害而造成的人员伤亡数量极大，也给国家造成了巨大的经济损失。目前，国家环保部和煤矿安全监察局对粉尘危害非常重视，对作业场所的粉尘排放浓度制订了相关标准，严格控制粉尘浓度，以减少粉尘危害。因此，及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行监测，更好地掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，以确保人身安全和提高环境质量，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

在现有技术中，煤矿井下粉尘监测系统大多以工业总线为基础，构成有线的通信传输网络。但有线监测方式存在三方面缺陷：

⑴采用有线方式传输，系统对线路的依赖性较强，在矿井内某些地方会存在布线困难的情况；

⑵有线方式的煤矿安全监测系统，当某段线路出现故障，就会导致监测区域内局部网络失去监测功能；

⑶有线方式的扩展性较差，不利于通讯网络根据开采进展的灵活改变。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供的一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统。

本实用新型提供一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统，

包括测尘模块、CAN总线、监控模块，键盘、电源模块。其中，所述的监控模块和测尘模块之间通过CAN总线连接，所述测尘模块包括数据采集单元和数据传输单元，所述的CAN总线具有CAN总线接口电路，所述的监控模块由监控显示电路、数据采集终端、存储模块、声光报警装置、除尘电路和断路开关装置组成，所述的监控模块用于协调整个系统的正常工作，发出命令，同时接受数据和信息，实现监控、声光报警、控制断路开关、驱动除尘电路及显示。

其中，所述数据采集单元与所述数据传输单元连接方式为有线和/或无线。

其中，所述的数据采集单元选自粉尘传感器、摄像头、射频识别中的一种或几种。

其中，所述的数据采集单元为粉尘传感器，所述的粉尘传感器为DSM501A。

其中，所述的数据传输单元选自红外、ZIGBEE、蓝牙中的一种方式传输。

其中，所述的数据传输单元为ZIGBEE模块。

ZIGBEE是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术,利用其作为无线通信平台构建粉尘传感器网络。通信和感知节点可以移动,无须铺设线路,操作简单,容易维护,组网成本低。因此,采用ZIGBEE的无线传感器网络是解决煤矿粉尘全方位、实时监测的一种可行方法。

ZIGBEE技术作为一种近距离射频识别通信技术,虽然刚诞生不久,但是由于它拥有成本低廉、协议简单、容易组网以及功耗较低等优势,从而成为从事楼宇自动化、智能家居以及工业监控系统等控制领域工程师的首选。要是能够在煤矿安全监控系统中使用ZIGBEE技术,可以大大增强系统可靠性和灵活性。

其中，所述的ZIGBEE包括信号调理电路、STM32微处理器、A/D转换电路、无线收发电路，其中所述信号调理电路与所述粉尘传感器连接，所述信号调理电路与所述A/D转换电路连接，所述A/D转换电路与所述STM32微处理器连接，所述A/D转换电路通过所述CAN总线接口电路与所述CAN总线连接。

其中，所述的显示电路由4只8段共阴极数码管组成。

其中，所述的数据采集终端集成了多个通讯端口，包括RS232和RS485串口。

其中，所述的键盘用于设置系统各阈值，对声光报警、断路开关电路和除尘电路进行控制；所述的电源模块为本安电源电路，可实现18V本安电压到5V和3.3V电压的转换。

本实用新型是基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统，能够解决有线方式监测系统所存在的限制因素多、扩展性差、易出故障的缺点，同时使得煤矿安全监测系统的数据传输性能和效率都得到提高，并降低了系统扩展所带来的成本，从而提高我国煤矿安全领域的信息技术化进程。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

具体实施方式：

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

参见图1所示，包括测尘模块、CAN总线、监控模块，键盘、电源模块。监控模块和测尘模块之间通过CAN总线连接，测尘模块包括数据采集单元和数据传输单元，CAN总线具有CAN总线接口电路，监控模块由监控显示电路、数据采集终端、存储模块、声光报警装置、除尘电路和断路开关装置组成，监控模块用于协调整个系统的正常工作，发出命令，同时接受数据和信息，实现监控、声光报警、控制断路开关、驱动除尘电路及显示。图中左侧输入部分中DSM501A粉尘传感器将煤矿中相关信息量转换成电信号,粉尘传感器不局限于一个，电信号传入信号调理电路，进行釆集。通过信号调理电路进行信号量放大滤波,提取出真实有用的信号量并转入A/D转换电路，对调理后的各种信号量进行采集,将其转化为数字量,后传入STM32微处理器进行计算处理。数据到达主节点，主节点上控制电路以STM32微处理器为核心，对采集的粉尘浓度数据进行处理和判断，并通过数码管显示出来。主控部分STM32微处理器作为整个检测设备的核心,主要对各信号量进行计算转化,STM32微处理器把要发送的数据通过CAN总线接口电路发送到CAN总线上的信息，完成通讯过程。然后进行显示、存储和通过串口向数据釆集终端发送数据,还要通过对比键盘输入的各阈值,对声光报警和断路开关电路进行控制。当检测粉尘浓度信号量异常，超过标准值时，声光报警发出警报，严重异常时会切断电源，监控模块还包括执行除尘电路，可将监控模块输出的信号传入驱动执行电路进行除尘处理。

输出部分中显示电路主要显示当前各信息量的值和状态,提供可对设备操作的人机界面。RS-232接口与数据釆集终端进行数据交换,另外在设备调试时也与上位机连接；RS-485接口是为了设备具有通用性设置；存储模块主要用于存储设备的各项参数,以便于恢复出厂设置；声光报警和断路开关是当某一信号量发生异常时发出警报,严重异常时切断电源。例如:煤矿安全规则中规定当巷道内瓦斯浓度超过1％时进行声光报警,超过1.5％时对规定设备进行断电操作。

按照本实用新型提供的一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统与现有技术相比具有如下优点：

(1)完成了本安电源电路的设计，实现了18V本安电压到5V和3.3V电压的转换，为系统提供了稳定的直流电压，保证系统正常稳定运行；

(2)利用传感器将粉尘浓度转换成电信号，实现了对井下粉尘浓度的连续采集，保证粉尘浓度监测的可靠性；

(3)使用STM32微处理器来实现ZIGBEE网络，并完成了对粉尘数据处理和无线通讯；使得本实用新型的煤矿安全监测系统更易实施，监测效果更好；

(4)显示电路由4只8段共阴极数码管组成，采用动态显示方式对采集到的粉尘浓度进行实时显示；保证了对煤矿粉尘的实时监控；

(5)当粉尘浓度超限时报警电路进行声光报警，同时监控模块输出信号可驱动除尘电路，进行除尘处理。声光报警和断路开关是当某一信号量发生异常时发出警报,严重异常时切断电源，有效的监控煤矿粉尘含量，减少因粉尘浓度过高带来的爆炸的危险，进行有效的除尘和降尘，以确保人身安全并提高环境质量；

(6)有效实现了与CAN总线的双向通信功能。STM32微处理器把要发送的数据传送到CAN控制器后，由CAN控制器将数据发送到CAN总线上。当CAN控制器从CAN总线上接收到数据后，则要求STM32微处理器从CAN控制器中取走数据，完成通信过程，使信息传递更可靠。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于物联网的煤矿粉尘监测系统，包括测尘模块、CAN总线、监控模块，键盘、电源模块，其特征在于，所述的监控模块和测尘模块之间通过CAN总线连接，所述测尘模块包括数据采集单元和数据传输单元，所述数据采集单元与所述数据传输单元通过有线和/或无线连接，所述的CAN总线具有CAN总线接口电路，所述的监控模块由监控显示电路、数据采集终端、存储模块、声光报警装置、除尘电路和断路开关装置组成。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的煤矿粉尘监测系统，其特征在于：所述的数据采集单元选自粉尘传感器、摄像头、射频识别中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的煤矿粉尘监测系统，其特征在于：所述的数据采集单元为粉尘传感器，所述的粉尘传感器为DSM501A。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的煤矿粉尘监测系统，其特征在于：所述的数据传输单元选自红外、ZigBee、蓝牙中的一种方式传输。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的煤矿粉尘监测系统，其特征在于：所述的数据传输单元为ZigBee模块。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的煤矿粉尘监测系统，其特征在于：所述的ZigBee模块包括信号调理电路、STM32微处理器、A/D转换电路、无线收发电路，其中所述信号调理电路与所述粉尘传感器连接，所述信号调理电路与所述A/D转换电路连接，所述A/D转换电路与所述STM32微处理器连接，所述A/D转换电路通过所述CAN总线接口电路与所述CAN总线连接。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的煤矿粉尘监测系统，其特征在于：所述的显示电路由4只8段共阴极数码管组成。

8.根据权利要求1所述的基于物联网的煤矿粉尘监测系统，其特征在于：所述的数据采集终端集成了多个通讯端口，包括RS232和RS485串口。