CN215449207U - 一种新型矿井环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型矿井环境监测系统，属于矿井监测领域，系统包括设置于矿井内的第一监测装置(1)、设置于矿井外的第二监测装置(2)以及连接在所述第一处理器(11)和第二处理器(21)之间的LoRa无线通信模块(3)，第一监测装置(1)包括各种监测装置、报警器以及显示器，第二监测装置(2)包括报警器以及显示器，使用传感器对矿井内的有毒害气体进行监测，摄像头对工况进行监测，并通过第一报警器(17)和第二报警器(23)分别在井内和井外进行报警，系统可自动对可能造成灾害事故的各种有毒害气体及矿尘进行及时而准确的检测和严格控制，同时可以随时了解工人的作业情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及矿井监测领域，尤其涉及一种新型矿井环境监测系统。
背景技术
在如今时代背景之下，智能化已经普及到生活生产中的方方面面，智能矿井检测系统针对时代痛点，深究矿井事故的重要原因——有害气体对人体构成伤害，设计并制造出有效的气体检测装置。该装置对煤矿生产中的有害气体进行快速地检测和报警，以实现煤矿生产安全的稳定好转，保障煤炭工业持续健康发展。
在现有技术CN201510716933.5中公开了一种智能矿井勘查系统，实现了24 小时对矿井工况实时监测、诊断分析及计量，有效地优化矿井生产，进而对单井直至整个矿井生产现场的优化操作做出正确决策，但是该系统主要用于勘探，并没有配备相应的功能，比如有害气体监测等。在现有技术CN201920837982.8 中公开了一种智能矿井安全监测装置，实现了矿井下的氧气比例检测以及矿井下的震动检测，和危险情况警报的功能，但是不能实现矿井下其他有害，有毒气体的检测，且通过警灯以及扬声器进行警鸣，在稍特殊一点如矿井十分深的情况下，可能效果会大打折扣。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中矿井监测存在的问题，提供了一种矿井监测系统，作业人员在工作时，通过系统配备的传感器检测装置等，地面可以随时了解工人的作业情况，同时系统自动对可能造成灾害事故的各种有的害气体及矿尘进行及时而准确的检测和严格控制，在危机可能发生的第一时刻触发报警设备，以便向地面发出预警及时救护遇难人员和处理事故。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
提供一种新型矿井环境监测系统，所述系统包括：
设置于矿井内的第一监测装置，所述第一监测装置包括第一处理器、用于检测CH4浓度的MQ4传感器、用于检测CO浓度的MQ7传感器、温湿度传感器和摄像头，所述MQ4传感器、MQ7传感器、温湿度传感器和摄像头分别与所述第一处理器连接；
设置于矿井外的第二监测装置，所述第二监测装置包括第二处理器、第二显示屏和第二报警器，所述第二显示屏和第二报警器分别与所述第二处理器连接；以及
连接在所述第一处理器和第二处理器之间的LoRa无线通信模块；
所述第一监测装置还包括第一显示屏和第一报警器，所述第一显示屏和第一报警器分别与所述第一处理器连接。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述第一处理器、第二处理器均为STM32单片机。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述第一显示屏为OLED显示屏。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述第二显示屏为TFT显示屏。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述第一报警器、第二报警器均为蜂鸣器。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述第二监测装置还包括NB-IOT模块，所述NB-IOT模块与所述第二处理器连接。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述系统还包括云平台和用户端，所述云平台连接在所述NB-IOT模块和用户端之间。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述系统还包括带动所述第一监测装置移动的运动单元，所述运动单元包括两个履带轮，两个履带轮之间连接有控制平台，所述第一监测装置设在所述控制平台上，所述履带轮上设有驱动电机，所述驱动电机与所述第一处理器连接。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述控制平台上设有超声波装置，所述超声波装置与所述第一处理器连接，所述驱动电机为超声波驱动电机。
作为一选项，一种新型矿井环境监测系统，所述控制平台上还设有电池供电模块，所述电池供电模块分别与所述第一监测装置、驱动电机连接。
需要进一步说明的是，上述系统各选项对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
(1)系统通过第一监测装置对矿井内的情况进行监测，使用MQ4传感器和MQ7传感器对可能造成安全事故的各种有害气体进行检测，使用温湿度传感器和摄像头对矿尘、矿井温湿环境以及工况等进行检测，并通过第一报警器以及第一显示器提醒作业人员，方便作业人员及时了解矿井环境并采取相应的措施；系统通过LoRa无线通信模块将第一监测装置监测的信息发送给第二监测装置，并通过第二显示屏和第二报警器方便矿主或者其他外部工作人员对井内情况进行监控，在危机可能发生的第一时刻触发报警设备，以便向地面发出预警及时救护遇难人员和处理事故。
(2)本专利采用LoRa无线通信模块，不同于WiFi，蓝牙，Zigbee等无线技术，LoRa实现了远距离和低功耗的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，适合数据量和组网规模不大的环境。由于煤矿深井下信号覆盖面积不广且较弱，采用LORA通信技术的运营与维护，成本低，速度快、性能好，功耗低，非常适用于煤矿深井中的气体监测系统。
(3)第一处理器、第二处理器均使用目前主流的STM32单片机为核心硬件控制系统，并通过MQ系列传感器进行气体监测，然后通过无线通信模块接受数据，并将数据通过NB-LOT上传到云平台，通过手机APP进行实时有效监测，触发报警和短信提示的功能。目前可以在实际场景中运行，对于矿井安全的检测具有实质性作用。
(4)运动单元在超声波驱动电机的工作下，自动避开障碍物，随着运动单元的移动，自动监测矿井下的环境状况，实现自动化监测。
附图说明
图1为本实用新型一种新型矿井环境监测系统的示意图；
图2为本实用新型带云平台的一种新型矿井环境监测系统的示意图；
图3为本实用新型第一监测装置的结构示意图；
图4为本实用新型第二监测装置的结构示意图；
图5为本实用新型移动单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实用新型主要通过通过第一监测装置对矿井内的情况进行监测，并通过 LoRa无线通信模块将第一监测装置监测的信息发送给第二监测装置，并通过第二显示屏和第二报警器方便矿主或者其他外部工作人员对井内情况进行监控，分别在矿井内形成监控，两级监控相辅相成，在危机可能发生的第一时刻触发报警设备，以便向地面发出预警及时救护遇难人员和处理事故。
实施例1
在一示例性实施例中，如图1所示，提供一种新型矿井环境监测系统，所述系统包括：
设置于矿井内的第一监测装置1，所述第一监测装置1包括第一处理器11、用于检测CH4浓度的MQ4传感器12、用于检测CO浓度的MQ7传感器13、温湿度传感器14和摄像头15，所述MQ4传感器12、MQ7传感器13、温湿度传感器14和摄像头15分别与所述第一处理器11连接；
设置于矿井外的第二监测装置2，所述第二监测装置2包括第二处理器21、第二显示屏22和第二报警器23，所述第二显示屏22和第二报警器23分别与所述第二处理器21连接；以及
连接在所述第一处理器11和第二处理器21之间的LoRa无线通信模块3；
所述第一监测装置1还包括第一显示屏16和第一报警器17，所述第一显示屏16和第一报警器17分别与所述第一处理器11连接。
具体地，使用MQ4传感器12检测矿井内CH4浓度，使用MQ7传感器13 检测矿井内CO浓度，使用温湿度传感器14检测矿井内温度和湿度，使用摄像头15检测矿井内环境、工人工况，各种传感器以及摄像头15采集到的信息均发送至第一处理器11中，第一处理器11对信息进行进行分析并显示在第一显示屏16上，当出现异常情况，如CO浓度超标、工人操作不规范等，此时，第一报警器17发出报警，及时进行预警并方便工头或者其他工作人员进行异常情况处理。
进一步地，系统通过LoRa无线通信模块3将第一监测装置1监测的信息发送给第二监测装置2中的第二处理器21，并通过第二显示屏22进行信息展示，通过第二报警器23对异常情况发出报警，方便矿主或者其他外部工作人员对井内情况进行监控，在危机可能发生的第一时刻触发报警设备，以便向地面发出预警及时救护遇难人员和处理事故。
进一步地，LoRa无线通信模块，不同于WiFi、蓝牙、Zigbee等无线技术， LoRa实现了远距离和低功耗的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，适合数据量和组网规模不大的环境。由于煤矿深井下信号覆盖面积不广且较弱，采用LORA通信技术的运营与维护，成本低，速度快、性能好，功耗低，非常适用于煤矿深井中的气体监测系统。
实施例2
基于实施例1，提供一种新型矿井环境监测系统，所述第一处理器11、第二处理器21均为STM32单片机。
进一步地，所述第一显示屏16为OLED显示屏。
进一步地，所述第二显示屏22为TFT显示屏。
进一步地，所述第一报警器17、第二报警器23均为蜂鸣器。
进一步地，如图3所示，第一监测装置1为将各部分集成在一起的整体装置，首先整个装置上电，第一处理器11开始工作，系统初始化后，温湿度传感器14采集周围环境温度和湿度信息传送给第一处理器11，MQ4传感器12和 MQ7传感器13经过初始化之后将环境中的CO和CH4浓度传到第一处理器11，摄像头15经过初始化后在云台舵机或者其他方式的驱动下进行转动，扫描周围环境，并通过DMA传输将摄像头15采集的数据送至第一处理器11，随后第一处理器11将温湿度、CO和CH4浓度数据以及采集的图像送至OLED显示屏，同时将数据通过LoRa无线通信模块3将采集到的数据及图像传输给第二处理器 21。
进一步地，如图4所示，第二监测装置2为一整体的监控单元，其上设有第二处理器21、第二显示屏22和第二报警器23。第二显示屏22将第二处理器21接收的数据进行展示，当出现异常情况时，第二报警器23进行报警。
实施例3
基于实施例1，提供一种新型矿井环境监测系统，如图2所示，所述第二监测装置2还包括NB-IOT模块24，所述NB-IOT模块24与所述第二处理器21 连接。
进一步地，所述系统还包括云平台4和用户端5，所述云平台4连接在所述 NB-IOT模块24和用户端5之间。
第一处理器、第二处理器均使用目前主流的STM32单片机为核心硬件控制系统，并通过MQ系列传感器进行气体监测，然后通过无线通信模块接受数据，并将数据通过NB-LOT上传到云平台4，通过手机APP进行实时有效监测，触发报警和短信提示的功能。目前可以在实际场景中运行，对于矿井安全的检测具有实质性作用。
第二处理器21将LoRa无线通信模块3接收到的图像及各种环境数据传送到TFT显示屏上进行显示，从而可以了解矿场下的实时环境状况，同时将接收到的数据通过NB-LOT传送到云平台4，给矿主更加直观的显示当前环境状况。
实施例4
在另一示例性实施例中，提供一种新型矿井环境监测系统，如图5所示，所述系统还包括带动所述第一监测装置1移动的运动单元6，所述运动单元6包括两个履带轮61，两个履带轮61之间连接有控制平台63，所述第一监测装置1 设在所述控制平台63上，所述履带轮61上设有驱动电机62，所述驱动电机62 与所述第一处理器11连接。
进一步地，所述控制平台63上设有超声波装置64，所述超声波装置64与所述第一处理器11连接，所述驱动电机62为超声波驱动电机。
进一步地，所述控制平台63上还设有电池供电模块65，所述电池供电模块65分别与所述第一监测装置1、驱动电机62连接。
具体地，运动单元6在超声波驱动电机62的驱动下，进行工作，两个履带轮61自动避开障碍物带着第一监测装置1在矿井内进行数据采集，随着运动单元的移动，自动监测矿井下的环境状况，实现自动化监测。
进一步地，通过自动控制让第一监测装置1到达指定工作地点，环境监测传感器的判断，从而监测矿井环境是否安全，对于矿井的开发、危险地区的环境查看等都具有较大的价值。用户可以通过液晶显示屏看到当前环境状况。也可通过手机客户端进行查看。
本装置解决了由于煤矿井下地质问题、空气不流通、照明条件差、巷道狭窄，以及除却自然因素外在采掘过程中矿工操作违背安全守则、不明烟火的使用、开采纰漏都可能引发极大的灾难的情况。
以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述系统包括：
设置于矿井内的第一监测装置(1)，所述第一监测装置(1)包括第一处理器(11)、用于检测CH4浓度的MQ4传感器(12)、用于检测CO浓度的MQ7传感器(13)、温湿度传感器(14)和摄像头(15)，所述MQ4传感器(12)、MQ7传感器(13)、温湿度传感器(14)和摄像头(15)分别与所述第一处理器(11)连接；
设置于矿井外的第二监测装置(2)，所述第二监测装置(2)包括第二处理器(21)、第二显示屏(22)和第二报警器(23)，所述第二显示屏(22)和第二报警器(23)分别与所述第二处理器(21)连接；以及
连接在所述第一处理器(11)和第二处理器(21)之间的LoRa无线通信模块(3)；
所述第一监测装置(1)还包括第一显示屏(16)和第一报警器(17)，所述第一显示屏(16)和第一报警器(17)分别与所述第一处理器(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述第一处理器(11)、第二处理器(21)均为STM32单片机。
3.根据权利要求1所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述第一显示屏(16)为OLED显示屏。
4.根据权利要求1所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述第二显示屏(22)为TFT显示屏。
5.根据权利要求1所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述第一报警器(17)、第二报警器(23)均为蜂鸣器。
6.根据权利要求1所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述第二监测装置(2)还包括NB-IOT模块(24)，所述NB-IOT模块(24)与所述第二处理器(21)连接。
7.根据权利要求6所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述系统还包括云平台(4)和用户端(5)，所述云平台(4)连接在所述NB-IOT模块(24)和用户端(5)之间。
8.根据权利要求1所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述系统还包括带动所述第一监测装置(1)移动的运动单元(6)，所述运动单元(6)包括两个履带轮(61)，两个履带轮(61)之间连接有控制平台(63)，所述第一监测装置(1)设在所述控制平台(63)上，所述履带轮(61)上设有驱动电机(62)，所述驱动电机(62)与所述第一处理器(11)连接。
9.根据权利要求8所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述控制平台(63)上设有超声波装置(64)，所述超声波装置(64)与所述第一处理器(11)连接，所述驱动电机(62)为超声波驱动电机。
10.根据权利要求8所述的一种新型矿井环境监测系统，其特征在于，所述控制平台(63)上还设有电池供电模块(65)，所述电池供电模块(65)分别与所述第一监测装置(1)、驱动电机(62)连接。
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