CN207526528U - 一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统 - Google Patents

一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统 Download PDF

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王国富
刘少飞
张法全
贾小波
叶金才
韦秦明
庞成
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Abstract

本实用新型公开了一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，包括井下6LoWPAN无线传感器网络、边界路由器、工业以太网、井上服务器、监测计算机和智能终端；井下6LoWPAN无线传感器网络与边界路由器连接；边界路由器通过工业以太网与井上服务器连接；监测计算机、智能终端通过因特网与井上服务器连接，从井上服务器获取数据；所述的井下6LoWPAN无线传感器网络中设有若干个压力监测节点。该系统将每个测点作为无线传感器网络的节点，采用自组网的方式组建mesh网络，将整个开采区的数据互联，并通过井下主机将数据实时上传，数据采集精度高、实时性与安全性强。

Description

一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统
技术领域
本实用新型涉及煤层瓦斯压力监测技术领域，具体是一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统。
背景技术
无线传感器网络的发展和物联网行业的兴起使得大量无线传感器网络接入互联网成为可能，当前物联网技术已经在社会生活中有了广泛的应用，为人们的生活和工作提供了极大地便利。
在煤矿安全领域，煤层瓦斯的治理始终是安全工作的重中之重。瓦斯气体是近年来煤矿安全事故的主要诱发原因，随着煤矿开采深度的增加，瓦斯含量也在不断增加。当前煤炭行业对此采取的措施多为抽采或抽放，在此过程中监测抽放孔的压力值，并在抽放后的相当一段时间保持监测，只有当煤层瓦斯压力稳定在安全要求标准内，才能进行下一步的开采生产，否则需要继续进行抽放，直到符合要求。根据《煤矿安全规程2016》的技术要求，瓦斯压力达到或超过0.74MPa的，即应当立即进行煤层突出危险性鉴定。根据《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》的操作要求，煤层瓦斯压力变化在72小时内变化小于0.015MPa，则可认为这个稳定的压力就是煤层瓦斯压力。
当前，煤矿生产单位多采用指针式压力表头来测量封孔处压力，测量精度低，不能满足对稳定压力的判断，分布有限，且需要专人值守，定期抄录。在很大程度上压力结果取决于工人的判断，测量结果会存在较大误差，且测量结果具有较大的滞后性，当压力超限时结果不能及时反馈，会对煤矿安全造成威胁。井下煤层开采面大，由人工抄录会出现错报、漏报的情况，且抽放孔分布广泛，工作量大，对井下工人耐心与体能考验极大。
将6LoWPAN这一物联网技术应用于井下的压力数据传输，把每一个测点作为一个无线传感器网络的节点，采用自组网的方式把整个开采区的数据互联，并通过井下主机将数据实时上传，从而实现井下压力数据的实时监测，从而保证了数据的准确性，实时性与安全性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统。该系统将每个测点作为无线传感器网络的节点，采用自组网的方式将整个开采区的数据互联，并通过井下主机将数据实时上传，数据采集精度高、实时性与安全性强。
实现本实用新型目的的技术方案是：
一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，包括井下6LoWPAN无线传感器网络、边界路由器、工业以太网、井上服务器、监测计算机和智能终端；井下6LoWPAN无线传感器网络与边界路由器连接；边界路由器通过工业以太网与井上服务器连接；监测计算机、智能终端通过因特网与井上服务器连接，从井上服务器获取数据；所述的井下6LoWPAN无线传感器网络中设有若干个压力监测节点。
所述的压力监测节点，安装在煤层瓦斯压力抽放孔的位置。
所述的压力监测节点，包括主控模块、压力传感器、信号调理模块、显示模块、超限报警模块、外置天线、电源模块、系统电源调理模块；压力传感器与信号调理模块连接，主控模块通过ADC接口与信号调理模块连接，主控模块通过SPI接口与显示模块连接，主控模块通过天线接口与外置天线连接，主控模块还分别与超限报警模块、系统电源调理模块连接，系统电源调理模块还与电源模块连接。
所述的主控模块，是基于CC2538芯片的无线微控制器，基于ARM Cortex M3核，具有32KB的片上RAM和512KB的片上闪存以及IEEE 802.15.4射频功能。
所述的主控模块内设有模数转换器、RF收发模块、内部存储模块、USB接口和电源监视模块；信号调理模块通过ADC接口与模数转换器连接；RF收发模块，将压力值送入6LoWPAN无线传感器网络，压力值通过接力的方式接入边界路由器，从而实现数据的上传；电源监视模块与系统电源调理模块连接；内部存储模块与USB接口连接，通过USB接口拷贝节点所在抽放孔的历史压力值。
所述的压力传感器，采用工业级0.1%高精度气/液压力传感器，设在煤层瓦斯抽放孔，在全量程0-500psi(0-3.5MPa)或0-1000psi(0-7MPa)内压力值与输出电压呈线性关系，具有IPv5的防水标准，能够适应多种环境下的压力测量。
所述的井下6LoWPAN无线传感器网络的结构为网状结构。
有益效果：本实用新型提供的一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，能够实现井下的数据的无线传输，具有覆盖范围大，接入方便，人为干预少，功耗低等特点。该监测系统实现了井下无人值守的效果，能够实现数据的实时传送，从而避免了人工抄录出现的错误。每个节点的安装方式与传统指针表头安装方式一致，安装方便不需要对工人进行额外的培训，采用无线传输，不需要添加额外的供电线路，避免井下环境杂乱无序，低功耗的整机设计大大增加了独立电源的续航能力，可对整片矿区进行长期监测，为预采区的抽采安全工作，提供保障。
附图说明
图1为一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统框图；
图2为压力监测节点的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述，但不是对本实用新型的限定。
如图1所示，一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，包括井下6LoWPAN无线传感器网络、边界路由器、工业以太网、井上服务器、监测计算机和智能终端；井下6LoWPAN无线传感器网络与边界路由器连接；边界路由器通过工业以太网与井上服务器连接；监测计算机、智能终端通过因特网与井上服务器连接，从井上服务器获取数据；所述的井下6LoWPAN无线传感器网络中设有若干个压力监测节点。
所述的压力监测节点，安装在煤层瓦斯压力抽放孔的位置。
如图2所示，所述的压力监测节点，包括主控模块、压力传感器、信号调理模块、显示模块、超限报警模块、外置天线、电源模块、系统电源调理模块；压力传感器与信号调理模块连接，主控模块通过ADC接口与信号调理模块连接，主控模块通过SPI接口与显示模块连接，主控模块通过天线接口与外置天线连接，主控模块还分别与超限报警模块、系统电源调理模块连接，系统电源调理模块还与电源模块连接。
所述的主控模块，是基于CC2538芯片的无线微控制器，基于ARM Cortex M3核，具有32KB的片上RAM和512KB的片上闪存以及IEEE 802.15.4射频功能。
所述的主控模块内设有模数转换器、RF收发模块、内部存储模块、USB接口和电源监视模块；信号调理模块通过ADC接口与模数转换器连接；RF收发模块，将压力值送入6LoWPAN无线传感器网络，压力值通过接力的方式接入边界路由器，从而实现数据的上传；电源监视模块与系统电源调理模块连接；内部存储模块与USB接口连接，通过USB接口拷贝节点所在抽放孔的历史压力值。
所述的压力传感器，采用工业级0.1%高精度气/液压力传感器，设在煤层瓦斯抽放孔，在全量程0-500psi(0-3.5MPa)或0-1000psi(0-7MPa)内压力值与输出电压呈线性关系，具有IP65防水等级，能够适应多种环境下的压力测量。
所述的井下6LoWPAN无线传感器网络的结构为网状结构。
该系统工作时，首先将压力监测节点的压力传感器的安装到抽放孔的位置，启动电源，节点工作，将整个采区的所有节点安装到位并开机，压力传感器输出压力信号，通过信号调理模块将信号输入CC2538芯片的12位模数转换器中；通过SPI接口外接LCD显示屏，在需要的时候可以人工观测实时压力；CC2538芯片通过阈值处理分析压力值，当压力值超过安全规定的范围，则触发超限报警模块，进行声光报警；接入6LoWPAN网络的监测节点通过CC2538内部的RF收发模块，将压力值送入传感器网络，压力值通过接力的方式接入边界路由器，从而实现了数据的上传，边界路由器位于井下总站内，通过工业以太网将实时数据传输到井上服务器，数据实现共享，接入因特网的终端可以访问到对应的压力数据，从而实现井下无人值守，井上实时监测的效果。利用CC2538内部存储空间，可以将最近一段时间的压力数据临时存储，通过USB接口可以通过有线的方式拷贝节点所在抽放孔的历史压力值。整个监测节点为离线供电，通过CC2538内部电源监视模块，实现对锂电池组的电量监测，同时通过6LoWPAN网络将数据传回地面。

Claims (6)

1.一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，其特征在于，包括井下6LoWPAN无线传感器网络、边界路由器、工业以太网、井上服务器、监测计算机和智能终端；井下6LoWPAN无线传感器网络与边界路由器连接；边界路由器通过工业以太网与井上服务器连接；监测计算机、智能终端通过因特网与井上服务器连接，从井上服务器获取数据；所述的井下6LoWPAN无线传感器网络中设有若干个压力监测节点；
所述的压力监测节点，包括主控模块、压力传感器、信号调理模块、显示模块、超限报警模块、外置天线、电源模块、系统电源调理模块；压力传感器与信号调理模块连接，主控模块通过ADC接口与信号调理模块连接，主控模块通过SPI接口与显示模块连接，主控模块通过天线接口与外置天线连接，主控模块还分别与超限报警模块、系统电源调理模块连接，系统电源调理模块还与电源模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，其特征在于，所述的压力监测节点，安装在煤层瓦斯压力抽放孔的位置。
3.根据权利要求1所述的一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，其特征在于，所述的主控模块，是基于CC2538芯片的无线微控制器，基于ARM Cortex M3核，具有32KB的片上RAM和512KB的片上闪存以及IEEE 802.15.4射频功能。
4.根据权利要求1所述的一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，其特征在于，所述的主控模块内设有模数转换器、RF收发模块、内部存储模块、USB接口和电源监视模块；信号调理模块通过ADC接口与模数转换器连接；RF收发模块，将压力值送入6LoWPAN无线传感器网络，压力值通过接力的方式接入边界路由器，从而实现数据的上传；电源监视模块与系统电源调理模块连接；内部存储模块与USB接口连接，通过USB接口拷贝节点所在抽放孔的历史压力值。
5.根据权利要求1所述的一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，其特征在于，所述的压力传感器，采用工业级0.1%高精度气/液压力传感器，设在煤层瓦斯抽放孔，在全量程0-500psi(0-3.5MPa)或0-1000psi(0-7MPa)内压力值与输出电压呈线性关系，具有IP65的防水等级，能够适应多种环境下的压力测量。
6.根据权利要求1所述的一种新型井下煤层瓦斯压力无线监测系统，其特征在于，所述的井下6LoWPAN无线传感器网络的结构为网状结构。
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CN108035773A (zh) * 2017-12-05 2018-05-15 桂林电子科技大学 一种基于6LoWPAN物联网技术的煤层瓦斯压力监测系统

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