CN205117409U

CN205117409U - 基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统

Info

Publication number: CN205117409U
Application number: CN201520828450.XU
Authority: CN
Inventors: 张寿丰; 陈伟杰; 高金凤
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2025-10-22

Abstract

本实用新型公开了基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统。便携式矿井气体检测装置只能检测携带者位置处气体参数。本实用新型的矿井环境移动终端设备包括处理器和环境检测传感器系统；处理器接收PC上位机的命令并通过ZigBee无线传感器网络实现多个矿井环境移动终端设备的定位及组网；环境检测传感器系统检测的环境参数均由处理器通过ZigBee无线传感器网络传输给PC上位机；显示模块实时显示各个监测点的环境参数；PC上位机判断各个监测点的环境参数，若某个检测点的环境参数出现异常，便通过报警模块报警。本实用新型实时显示各检测点的环境参数，对异常监测点的定位精度高，通信时间短，易于组网和信号的传输。

Description

基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统

技术领域

本实用新型属于电子信息技术领域，涉及一种煤矿井下环境检测系统，具体涉及一种基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统。

背景技术

中国是一个产煤大国，是一个严重依赖煤炭能源的国家，同时也是矿难大国。每年上百次的事故发生，成千人的矿工死亡，煤矿安全形势已经十分严峻。而在矿难救援行动中，复杂的矿洞巷道，严重超标的一氧化碳浓度和瓦斯，都将给矿难救援带来极大的困难。在井下的复杂环境下，伤亡往往在顷刻便会发生。因此，能够快速了解矿难发生时煤矿的各项环境指标，以及环境参数最恶劣的地点，才能便于开展后续的处理工作和援救工作。

而在矿井环境检测方面，国内目前大部分是通过便携式气体检测装置，该装置虽然携带简单，但只能检测携带者所处位置的气体参数，并不能全面地了解矿井的各项环境参数；而在国外推广的井下定位主要是通过RFID技术，优点在于定位精确，携带简单，但通信距离较短。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前我国频发的矿难事件，提供一种基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统，将带有ZigBee定位终端节点和各类气体传感器的监测设备置于煤矿的某一位置，通过ZigBee无线传感网络，上位机实时地显示出监测的环境参数；操作简单，且有效地解决了监测死角的问题，完善了当前矿井环境安全监测系统。

本实用新型由上位机主控设备、ZigBee无线传感器网络和矿井内多个监测点处的矿井环境移动终端设备组成。所述的矿井环境移动终端设备包括处理器、环境检测传感器系统和电源，且存储有对应矿井位置的位置ID；所述的电源为处理器供电；所述的环境检测传感器系统包括分别与处理器连接的MQ烟雾传感器、温湿度传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和灰尘颗粒传感器；所述的上位机主控设备包括报警模块、显示模块和PC上位机；所述的处理器接收PC上位机的命令并通过ZigBee无线传感器网络实现多个矿井环境移动终端设备的位置ID识别及组网；所述矿井环境移动终端设备的MQ烟雾传感器、温湿度传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和灰尘颗粒传感器检测的环境参数均由处理器通过ZigBee无线传感器网络传输给PC上位机；所述的显示模块与PC上位机连接，实时显示各个监测点的环境参数；所述的PC上位机判断各个监测点的环境参数，若某个检测点的环境参数出现异常，便通过报警模块报警。

所述的处理器采用STM32F103RC型号单片机。

所述温湿度传感器的型号为M2301，甲烷传感器的型号为MH440D，二氧化碳传感器的型号为S-100，一氧化碳传感器的型号为SF-200，灰尘颗粒传感器的型号为DSM501A。

所述的上位机主控设备连同网络协调器位于地面的控制中心，带有ZigBee无线网络终端节点的多个矿井环境移动终端设备固定在矿井主巷道的多个检测点处，每隔50m设置一个检测点；所述ZigBee无线网络终端节点存储的位置ID及环境检测传感器系统检测的环境参数均由处理器通过ZigBee无线网络终端节点传输给路由器。所述的路由器接收到各个矿井环境移动终端设备的环境参数并打包，通过无线传输将打包数据发送给网络协调器；PC上位机根据网络协调器接收的数据，判断并实时显示各个监测点的环境参数。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的PC上位机实时显示出各检测点的环境参数，且当某个监测点或是多个监测点的环境参数出现异常时，PC上位机能够通过该监测点的矿井环境移动终端设备所携带的ZigBee无线网络终端节点的位置，确定发生异常的监测点在矿井的具体位置，并且通过报警装置及时报警，预警在异常监测点的相关矿井工作人员注意安全，利于提前预测矿难和矿井人员的安全撤离。本实用新型有效地克服了国内矿井环境检测技术检测的不足，ZigBee技术定位精度高，通信时间短，易于组网和信号的传输。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构图；

图2为本实用新型的工作状态图；

图3为本实用新型检测矿井环境参数的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统，由上位机主控设备12、ZigBee无线传感器网络4和矿井内多个监测点处的矿井环境移动终端设备14组成。矿井环境移动终端设备14包括处理器5、环境检测传感器系统和电源；处理器采用STM32F103RC型号单片机；电源为处理器5供电；环境检测传感器系统包括分别与处理器5连接的MQ烟雾传感器6、温湿度传感器7、甲烷传感器8、二氧化碳传感器9、一氧化碳传感器10和灰尘颗粒传感器11；温湿度传感器7的型号为M2301，甲烷传感器8的型号为MH440D，二氧化碳传感器9的型号为S-100，一氧化碳传感器10的型号为SF-200，灰尘颗粒传感器11的型号为DSM501A。上位机主控设备12包括报警模块1、显示模块2和PC上位机3；处理器5接收PC上位机3的命令并通过ZigBee无线传感器网络4实现多个矿井环境移动终端设备的精确定位及组网；矿井环境移动终端设备的MQ烟雾传感器6、温湿度传感器7、甲烷传感器8、二氧化碳传感器9、一氧化碳传感器10和灰尘颗粒传感器11检测的环境参数均由处理器通过ZigBee无线传感器网络4传输给PC上位机3；显示模块与PC上位机3连接，实时显示各个监测点的环境参数；PC上位机3判断各个监测点的环境参数，若某个检测点的环境参数出现异常，PC上位机3便通过报警模块1报警，便于提示矿井工作人员注意安全。

如图2所示，ZigBee无线传感器网络4基于ZigBee技术构建，上位机主控设备12和网络协调器13位于地面的控制中心，多个矿井环境移动终端设备14固定在矿井主巷道的多个检测点处，且每个环境移动终端设备带有一个ZigBee无线网络终端节点，ZigBee无线网络终端节点存储着对应矿井位置的位置ID，根据位置ID便可以知道每个环境检测终端设备在矿井中的具体位置。每隔50m设置一个检测点。ZigBee无线网络终端节点的位置ID及环境检测传感器系统检测到的矿井中各类环境参数均由处理器通过ZigBee无线网络终端节点传输给路由器15。路由器接收到各个矿井环境移动终端设备14的环境参数并打包，通过无线传输将打包数据发送给网络协调器13；PC上位机根据网络协调器13接收的数据，判断并实时显示各个监测点的环境参数，若某个检测点的环境参数出现异常，便通过报警模块1报警，提醒井下工作人员16注意安全，及时撤退。

如图3所示，该基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统实现环境监测的过程如下：

首先矿井环境移动终端设备14的处理器5判断是否接收到上位机主控设备12的命令，如果没有收到命令，则系统不工作，为等待状态；如果接收到上位机命令，初始化各个矿井环境移动终端设备14的环境检测传感器系统，同时各个矿井环境移动终端设备14组网建立一个新的网络。各个矿井环境移动终端设备14通过环境检测传感器系统开始检测和采集各类环境参数；处理器5是否接收到上位机主控设备12的命令，如果没有接收到命令，则各个矿井环境移动终端设备14继续采集环境参数；如果处理器5接收到上位机主控设备12命令，便将环境参数数据发送给路由器。路由器接收到各矿井环境移动终端设备14的数据之后，对数据进行整理打包。网络协调器判断是否接收到路由器打包的数据，如果收到数据，便通过串口通讯将路由器发送来的数据传输给上位机主控设备12；如果没有，则继续等待路由器的数据。网络协调器也可以把上位机主控设备命令发送给矿井环境移动终端设备14。上位机主控设备接受到相应的数据之后，判断并实时显示出各个监测点的环境参数。当某个监测点的环境参数出现异常时，上位机主控设备便能根据这个监测点处环境检测终端设备所携带的ZigBee无线网络终端节点存储的位置ID,判断出异常点的具体位置，便通过报警模块1报警，提醒相关工作人员，注意安全；如果环境参数正常，则只是显示相应的环境参数。

Claims

1.基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统，由上位机主控设备、ZigBee无线传感器网络和矿井内多个监测点处的矿井环境移动终端设备组成，其特征在于：所述的矿井环境移动终端设备包括处理器、环境检测传感器系统和电源，且存储有对应矿井位置的位置ID；所述的电源为处理器供电；所述的环境检测传感器系统包括分别与处理器连接的MQ烟雾传感器、温湿度传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和灰尘颗粒传感器；所述的上位机主控设备包括报警模块、显示模块和PC上位机；所述的处理器接收PC上位机的命令并通过ZigBee无线传感器网络实现多个矿井环境移动终端设备的位置ID识别及组网；所述矿井环境移动终端设备的MQ烟雾传感器、温湿度传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和灰尘颗粒传感器检测的环境参数均由处理器通过ZigBee无线传感器网络传输给PC上位机；所述的显示模块与PC上位机连接，实时显示各个监测点的环境参数；所述的PC上位机判断各个监测点的环境参数，若某个检测点的环境参数出现异常，便通过报警模块报警。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统，其特征在于：所述的处理器采用STM32F103RC型号单片机。

3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统，其特征在于：所述温湿度传感器的型号为M2301，甲烷传感器的型号为MH440D，二氧化碳传感器的型号为S-100，一氧化碳传感器的型号为SF-200，灰尘颗粒传感器的型号为DSM501A。

4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的智能煤矿环境监测系统，其特征在于：所述的上位机主控设备连同网络协调器位于地面的控制中心，带有ZigBee无线网络终端节点的多个矿井环境移动终端设备固定在矿井主巷道的多个检测点处，每隔50m设置一个检测点；所述ZigBee无线网络终端节点存储的位置ID及环境检测传感器系统检测的环境参数均由处理器通过ZigBee无线网络终端节点传输给路由器；所述的路由器接收到各个矿井环境移动终端设备的环境参数并打包，通过无线传输将打包数据发送给网络协调器；PC上位机根据网络协调器接收的数据，判断并实时显示各个监测点的环境参数。