CN207302320U - 一种矿区大气监测感知信息实时传输设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，包括无线通讯接收模块、第一数模转换模块和GPRS通讯模块，所述无线通讯接收模块与气体感知设备连接，气体感知设备包括依次连接的传感器模块、运算放大器模块、第二数模转换模块、处理器模块和无线通讯发射模块，无线通讯发射模块与无线通讯接收模块通过ZigBee无线网络连接；无线通讯接收模块与第一数模转换模块连接，第一数模转换模块与GPRS通讯模块连接，GPRS通讯模块与服务器连接。本实用新型建立了基于物联网的矿区大气质量实时监测、信息集成与动态传输的数据采集模型，具备较高的时空数据采集精度的优点。

Description

一种矿区大气监测感知信息实时传输设备

技术领域

本实用新型涉及一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，属于矿区有害气体监测设备领域。

背景技术

煤矿矿区有害气体是指由煤岩体涌出和生产过程中产生的各种不利于人体健康的气体。矿区空气中有害气体对周围环境以及井下作业人员的生命安全危害极大，因此矿井安全操作规程中等都对常见有害气体的安全标准做了明确的规定。当前针对矿区大气监测已有的室外固定感知气体信息传输设备比较少，在矿区大气监测方面现有技术主要存在以下两方面缺点：

(1)当前针对矿区大气监测的感知信息传输设备以手持机为主，只能单点人工采集,没有建立完善的无线通信网络。

(2)当前感知信息传输设备先将信息存储在本地，然后拷贝到服务器中，需要人工定期采集，不能实时地传输到信息中心的服务器中进行处理与分析。

实用新型内容

基于上述技术问题，本实用新型提供一种矿区大气监测感知信息实时传输设备。

本实用新型所采用的技术解决方案是：

一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，包括无线通讯接收模块、第一数模转换模块和GPRS通讯模块，所述无线通讯接收模块与气体感知设备连接，气体感知设备包括传感器模块、运算放大器模块、第二数模转换模块、处理器模块和无线通讯发射模块，传感器模块与运算放大器模块连接，运算放大器模块与第二数模转换模块连接，第二数模转换模块与处理器模块连接，处理器模块与无线通讯发射模块连接，无线通讯发射模块与无线通讯接收模块通过ZigBee无线网络连接；无线通讯接收模块与第一数模转换模块连接，第一数模转换模块与GPRS通讯模块连接，GPRS通讯模块与服务器网络连接。

优选的，所述处理器模块为ZigBee SoC芯片CC2531型微处理器。

优选的，该气体感知设备还包括用于功率控制的功率放大模块，功率放大模块与无线通讯发射模块连接。

优选的，该气体感知设备还包括用于空间位置采集的GPS模块，GPS模块与处理器模块连接。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型通过ZigBee自组网络可以将矿区大气感知设备采集的数据实时地传输到信息服务中心，能够同一时刻采集全部传感器，建立精确的时空数据采集模型，具备结构简单、数据采集精度高的优点。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型中气体感知设备盒体的结构示意图；

图3为本实用新型中气体感知设备的外部结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，包括无线通讯接收模块、第一数模转换模块和GPRS通讯模块，所述无线通讯接收模块与气体感知设备连接。气体感知设备包括传感器模块、运算放大器模块、第二数模转换模块、处理器模块和无线通讯发射模块，传感器模块与运算放大器模块连接，运算放大器模块与第二数模转换模块连接，第二数模转换模块与处理器模块连接，处理器模块与无线通讯发射模块连接，无线通讯发射模块与无线通讯接收模块通过ZigBee无线网络连接。无线通讯接收模块与第一数模转换模块连接，第一数模转换模块与GPRS通讯模块连接，GPRS通讯模块与服务器网络连接。

上述处理器模块为ZigBee SoC芯片CC2531型微处理器。无线通讯接收模块、第一数模转换模块和GPRS通讯模块均与第一电源模块连接。传感器模块、运算放大器模块、第二数模转换模块、处理器模块和无线通讯发射模块均与第二电源模块连接，第二电源模块通过导线连接太阳能电池板。

作为对本实用新型的进一步设计，该气体感知设备还包括用于功率控制的功率放大模块，功率放大模块与无线通讯模块连接。

更进一步的，该气体感知设备还包括用于空间位置采集的GPS模块，GPS模块与处理器模块连接。

本实用新型针对矿区气体感知设备的信息传输问题，使用嵌入式linux操作系统的ARM芯片，集成Zigbee、GPRS、4G等无线通讯技术和全球GPS卫星导航定位技术，设计研发实时信息采集传输设备。通过开发ZigBee模块与矿区气体感知设备进行通信，接收感知设备采集的信息，并缓存到本地存储卡中；通过集成GPRS、4G通讯模块将收集的信息应用无线网络传输到到信息中心的服务器中。通过GPS模块定位信息传输设备的空间位置，辅助建立网络节点的空间拓扑图，同时应用GPS中的时钟同步功能能够统一采集时刻,并采集气体信息的精确时刻。

在对GPRS、4G通讯技术和Socket通信机制的分析基础上，建立动态IP链接的体系结构。无线传感器网络通过集成在协调器节点上的GPRS、4G通讯模块连接到因特网上，利用预先设置在系统内的IP和端口主动与服务器进行联系。连接建立后，协调器节点将无线网络的配置信息发送到服务器，把节点的卡号、IP等信息发送给服务器，服务器接到此信息后对该节点的链接信息进行存储。这样就在监测系统服务器与协调器节点之间建立一种通讯连接。此后，无线网络采集的数据可以正常发送到服务器端，而用户也可以对无线网络发送指令，进行控制。

另外，ZigBee是一种短距离、低功耗的无线传输技术，它是IEEE802.15.4协议的代名词。本设备接收的信息有传感节点采集的有害气体含量信息、节点位置信息等，数据量较小，适合采用ZigBee技术。本实用新型采用CC2531型微处理器，用于控制数据采集与存储。本实用新型采用GPRS(General Packet Radio Service)和4G通讯模式相结合的模式。GPRS具有接入迅速、实时在线、流量计费特点，特别适合矿区大气环境监测数据的实时传输，4G通讯模块为扩展模块，可为协调器节点位置现场照片的采集和传输提供接口。

本实用新型采用嵌入式GPS模块，集成到系统主控板，降低功耗及减小设备整体尺寸。

为实现环境型电源，本实用新型采用太阳能电池板为锂电池充电，太阳能电池板工作电压为18V，功率为5W。

由于气体感知设备需要布置在矿区的各个位置，因此需要进行防雨通风设计。如图2-3所示，该气体感知设备包括外盒体4，外盒体4的顶部开口，在开口处设置有盒盖5，外盒体4与盒盖5通过螺栓连接。所述外盒体的壁上设置有通气孔6，外盒体的内部设置有内盒体7，外盒体4与内盒体7之间形成有环形空腔8，所述通气孔6与环形空腔8连通。在内盒体7的内部设置有隔板9，所述隔板9将内盒体分隔为用于盛放主板2的第一空间和用于盛放电源模块的第二空间。在盒盖5的顶部边缘处间隔设置有L形支架10，L形支架与盒盖之间形成用于固定太阳能电池板3的嵌入口，太阳能电池板3插入嵌入口中。所述传感器模块1、运算放大器模块、数模转换模块、处理器模块和无线通讯模块均设置在主板2上，所述电源模块通过导线与太阳能电池板3连接。

进一步的，在外盒体4与盒盖5的连接处设置有密封胶条或涂覆密封胶，以增强密封效果。所述外盒体4的顶底两端均设置有固定架11，在固定架11上设置有固定孔。

本实用新型采用太阳能电池板为电源模块充电，具有节能环保的优点，同时太阳能电池板还具有防雨功能，可以遮挡雨滴。另外，通过外盒体和内盒体的结构布置，以及在连接边缘处贴有用于密封的胶条，可防止雨水渗入感知设备盒中。通过在传感器顶部及侧面位置，钻两排5mm的通风孔，可用于外面的空气流通到传感器的气体接触部位。

矿区中有害气体在空间上是连续分布的，要求感知设备能够覆盖整个感知区域，且重点部位感知设备分布较密集，本实用新型通过上述结构设计，便于感知设备在矿区各矸石堆、井口、煤堆、烟囱等特殊位置安装固定。

感知信息实时传输设备并不需要通风防雨设计，因此其结构比较简单，仅包括盒体与盒盖，盒体与盒盖通过螺栓连接，在盒体的内部装有主控板，主控板上集成有无线通讯接收模块、第一数模转换模块和GPRS通讯模块。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所做出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，其特征在于：包括无线通讯接收模块、第一数模转换模块和GPRS通讯模块，所述无线通讯接收模块与气体感知设备连接，气体感知设备包括传感器模块、运算放大器模块、第二数模转换模块、处理器模块和无线通讯发射模块，传感器模块与运算放大器模块连接，运算放大器模块与第二数模转换模块连接，第二数模转换模块与处理器模块连接，处理器模块与无线通讯发射模块连接，无线通讯发射模块与无线通讯接收模块通过ZigBee无线网络连接；无线通讯接收模块与第一数模转换模块连接，第一数模转换模块与GPRS通讯模块连接，GPRS通讯模块与服务器网络连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，其特征在于：所述处理器模块为ZigBee SoC芯片CC2531型微处理器。

3.根据权利要求1所述的一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，其特征在于：该气体感知设备还包括用于功率控制的功率放大模块，功率放大模块与无线通讯发射模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种矿区大气监测感知信息实时传输设备，其特征在于：该气体感知设备还包括用于空间位置动态采集的GPS模块，GPS模块与处理器模块连接。