專利名稱：一種基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)，更具體地，涉及一種基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，礦井開采造成的各種礦難事故仍然頻發(fā)，礦井安全正成為我國工業(yè)安全生產(chǎn)工作的重中之重。雖然現(xiàn)有的礦井安監(jiān)領域的產(chǎn)品設備，尤其是危險氣體報警產(chǎn)品已經(jīng)得到較大的普及，但剖析其工作原理，基本上都是利用簡單的氣體傳感器采集危險氣體濃度信號，并在濃度超標后報警。這種傳統(tǒng)的報警型礦井安全產(chǎn)品功能相對單一，在預防礦井事故和突發(fā)情況處理中所能起到的作用極為有限。目前建立的能夠傳輸?shù)V下采集的井下環(huán)境信號的安監(jiān)系統(tǒng)，均需要鋪設井下線路。這不僅成本巨大難以普及，也增加了井下工作環(huán)境的復雜性。而且隨著采礦的進行，礦井不斷延伸，使得現(xiàn)有的安監(jiān)系統(tǒng)難以完全覆蓋整個礦井，礦井延伸出的空間在現(xiàn)有的條件下不可能得到實時的監(jiān)測，因而相當數(shù)量的礦工實際上仍然處于對井下環(huán)境缺乏實時監(jiān)控的工作環(huán)境當中，當瓦斯等危險氣體的局部超標時就會引發(fā)礦難。這也就是即使井下具有一定的監(jiān)測設備的礦山，仍然時有礦難發(fā)生的原因?？梢?，現(xiàn)有的礦井安監(jiān)系統(tǒng)不能完全滿足需求。近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network,WSN)技術和ZigBee技術得到了較迅速的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡由大量傳感器節(jié)點組成，傳感器節(jié)點被密集地放置于測量環(huán)境當中，大量的傳感器節(jié)點以自組織的方式組成網(wǎng)絡，節(jié)點對探測到的信息進行初步處理后，以多跳中繼的方式將信息傳送至匯聚節(jié)點，然后通過互聯(lián)網(wǎng)等途徑到達用戶終端所在的管理節(jié)點，而用戶終端也可以通過管理節(jié)點對無線傳感器網(wǎng)絡進行管理。為了滿足小型低成本設備的無線聯(lián)網(wǎng)要求，2000年IEEE成立IEEE 802. 15. 4工作組，研究開發(fā)了 ZigBee技術，即一種低功耗、低成本、低復雜度、低速率的近程無線網(wǎng)絡通信技術。ZigBee技術利用無線數(shù)傳模塊形成一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺，各個無線數(shù)傳模塊之間可以相互通信?；赯igBee技術的無線傳感器網(wǎng)絡，使數(shù)據(jù)的自動采集、分析處理，以及網(wǎng)絡組建和數(shù)據(jù)傳輸變得更加容易。基于ZigBee技術的無線傳感器網(wǎng)絡能夠適用于不需要很高的數(shù)據(jù)吞吐量和連續(xù)狀態(tài)更新的工業(yè)應用，并且具有低功耗和低成本的優(yōu)勢。但是，目前這項技術并未在礦井安全監(jiān)測領域得到應用。我國從事井下開采工作的礦工約有六百萬人以上，安全生產(chǎn)問題事關重大，人員安全始終是重中之重。因此，迫切地需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)信號無線傳輸，井下實時監(jiān)測，成本較低的礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)，從而克服現(xiàn)有的礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)存在的建設成本過高、功能單一、監(jiān)測范圍受限的缺陷，改善礦井安全環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)礦難苗頭，防患于未然，維護礦工的生命安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠首先利用傳感器對有害氣體等井下環(huán)境參數(shù)進行傳感，通過數(shù)據(jù)采集和處理進行井下環(huán)境參數(shù)信號的采集以及輸出，最后利用ZigBee技術建立無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)和礦井外界的無線數(shù)據(jù)交換，并對井下采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進行存儲和管理，以及進一步的高級處理，例如分析和預測預警等。所述基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)包括便攜式井下安全監(jiān)測模塊，實時監(jiān)測獲取井下的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并按照ZigBee傳輸協(xié)議發(fā)出所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；至少一個ZigBee路由節(jié)點，依次接收并傳遞所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，直至將所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，存儲并分析處理所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，對井下環(huán)境進行預警。優(yōu)選地，所述便攜式井下安全監(jiān)測模塊包括多類型傳感器模塊，用于實時對井下的多種類型的環(huán)境參數(shù)進行傳感形成環(huán)境參數(shù)信號；數(shù)據(jù)采集和處理模塊，用于對所述環(huán)境參數(shù)信號進行采集、處理，生成環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并輸出；ZigBee發(fā)射模塊，按照ZigBee傳輸協(xié)議向外發(fā)出所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。其中，所述多種類型的環(huán)境參數(shù)包括井下的甲烷氣體濃度參數(shù)，一氧化碳氣體濃度參數(shù)，硫化氫氣體濃度參數(shù)，氧氣濃度參數(shù)，溫度參數(shù)以及濕度參數(shù)。優(yōu)選地，所述便攜式井下安全監(jiān)測模塊設置于井下工作人員的安全帽內(nèi)。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)具有ZigBee接收模塊，從所述ZigBee路由節(jié)點接收所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)中心，用于存儲和預處理所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；分析預警系統(tǒng)，對從所述數(shù)據(jù)中心接收的數(shù)據(jù)進行識別，對井下環(huán)境進行預警；控制中心，用于對所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)進行控制，并控制將數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)送入響應中心；響應中心，用于根據(jù)井下環(huán)境情況作出處理響應。進一步優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)還包括遠程終端，用于使用戶或上級主管部門遠程接入數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)；其中，所述遠程終端連接hternet，用戶或上級主管部門通過hternet遠程接入數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)。本發(fā)明的基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，無需鋪設線路，而且成本低廉，極大降低了安裝和運營成本，適合在中小型煤礦推廣。利用無線監(jiān)控系統(tǒng)，地面或中心監(jiān)控人員可以直接對井下情況進行實時監(jiān)控，能直觀地監(jiān)視和記錄井下工作現(xiàn)場的環(huán)境，及時地發(fā)現(xiàn)有害氣體濃度異常、溫度升高等事故隱患，及時對各種井下異常情況作出處置反應，能夠極大的改善井下安全監(jiān)控條件，有力地保障礦工的生命安全。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1本發(fā)明實施例的基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，并使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合實施例及實施例附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是本發(fā)明實施例的基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。如圖所示，該基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)從整體上包括便攜式井下安全監(jiān)測模塊10、ZigBee路由節(jié)點l_n以及數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)20。便攜式井下安全監(jiān)測模塊10是一種利用ZigBee無線技術的多功能、低成本、低耗電、便于攜帶的井下環(huán)境傳感監(jiān)測裝置。該模塊由井下作業(yè)的礦工隨身攜帶下井，這樣該模塊對井下環(huán)境參數(shù)的采樣位置即是礦工實際所處的位置，與現(xiàn)有的安監(jiān)系統(tǒng)固定的采樣點相比，本發(fā)明的便攜式井下安全監(jiān)測模塊10能夠最大限度的反映礦工真實所處的井下環(huán)境。優(yōu)選地，可以將其設置在礦工下井必須佩戴的安全帽上，這樣做的一個好處是可以利用安全帽的照明電源為該模塊供電，無需再為該模塊單獨設置電源。便攜式井下安全監(jiān)測模塊10用于實時監(jiān)測獲取井下的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并按照 ZigBee傳輸協(xié)議發(fā)出所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。如圖1，便攜式井下安全監(jiān)測模塊10包括多類型傳感器模塊101，用于實時對井下的多種類型的環(huán)境參數(shù)進行傳感形成環(huán)境參數(shù)信號； 數(shù)據(jù)采集和處理模塊102，用于對所述環(huán)境參數(shù)信號進行采集、處理，生成環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并輸出；ZigBee發(fā)射模塊103，按照ZigBee傳輸協(xié)議，通過天線向外發(fā)出所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。便攜式井下安全監(jiān)測模塊10需要實時監(jiān)測的環(huán)境參數(shù)包括井下的甲烷氣體濃度參數(shù)，一氧化碳氣體濃度參數(shù)，硫化氫氣體濃度參數(shù)，氧氣濃度參數(shù)，溫度參數(shù)以及濕度參數(shù)。ZigBee路由節(jié)點1從便攜式井下安全監(jiān)測模塊10接收上述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給下一個ZigBee路由節(jié)點，依次類推，各個ZigBee路由節(jié)點依次接收上一個路由節(jié)點傳輸來的數(shù)據(jù)，并傳遞所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)至下一個路由節(jié)點，直至ZigBee路由節(jié)點η將所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)20。數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)20 —般位于地面，充當整個安監(jiān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析預警中心和指揮中心，用于存儲并分析處理來自井下的所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，對井下環(huán)境進行預警。所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)20具有=ZigBee接收模塊201，通過天線從所述ZigBee路由節(jié)點η接收所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)中心202是安監(jiān)系統(tǒng)的中心服務器，用于存儲和預處理所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；分析預警系統(tǒng)203，對從所述數(shù)據(jù)中心202接收的數(shù)據(jù)進行識別，并根據(jù)其內(nèi)部的知識數(shù)據(jù)庫和安全策略配置判斷井下環(huán)境是否還處在正常閾值內(nèi)，一旦某一項井下環(huán)境超出正常范圍，例如甲烷氣體濃度過高或是氧氣濃度過低，則立即對井下環(huán)境進行預警；控制中心204，用于對所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)20進行控制，并控制將數(shù)據(jù)中心204 的數(shù)據(jù)送入響應中心205 ；響應中心205用于根據(jù)井下環(huán)境情況作出處理響應。
進一步優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)20還包括遠程終端206，用于使用戶或上級主管部門能夠遠程接入數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，該遠程終端206連接Internet，使得用戶或上級主管部門可以通過hternet遠程接入數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)20。這樣，系統(tǒng)用戶即使離開礦山，也可以聯(lián)網(wǎng)隨時獲得井下的安全監(jiān)測情況。礦井的上級主管部門，例如安監(jiān)局，也可以利用hternet網(wǎng)絡，及時有效地遠程調(diào)取礦井安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便了對礦井安全生產(chǎn)情況進行監(jiān)督、管理、應急處理和事故調(diào)查。以上所述，僅為發(fā)明的具體實施方式
。本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求所界定的保護范圍為準。
權利要求
1.一種基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，包括便攜式井下安全監(jiān)測模塊，實時監(jiān)測獲取井下的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并按照ZigBee傳輸協(xié)議發(fā)出所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；至少一個ZigBee路由節(jié)點，依次接收并傳遞所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，直至將所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，存儲并分析處理所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，對井下環(huán)境進行預警。
2.根據(jù)權利要求1所述的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述便攜式井下安全監(jiān)測模塊包括多類型傳感器模塊，用于實時對井下的多種類型的環(huán)境參數(shù)進行傳感形成環(huán)境參數(shù)信號；數(shù)據(jù)采集和處理模塊，用于對所述環(huán)境參數(shù)信號進行采集、處理，生成環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并輸出；ZigBee發(fā)射模塊，按照ZigBee傳輸協(xié)議向外發(fā)出所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述多種類型的環(huán)境參數(shù)包括井下的甲烷氣體濃度參數(shù)，一氧化碳氣體濃度參數(shù)，硫化氫氣體濃度參數(shù)， 氧氣濃度參數(shù)，溫度參數(shù)以及濕度參數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述便攜式井下安全監(jiān)測模塊設置于井下工作人員的安全帽內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求1所述的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)包括ZigBee接收模塊，從所述ZigBee路由節(jié)點接收所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)中心，用于存儲和預處理所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；分析預警系統(tǒng)，對從所述數(shù)據(jù)中心接收的數(shù)據(jù)進行識別，對井下環(huán)境進行預警； 控制中心，用于對所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)進行控制，并控制將數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)送入響應中心；響應中心，用于根據(jù)井下環(huán)境情況作出處理響應。
6.根據(jù)權利要求5所述的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)還包括遠程終端，用于使用戶或上級主管部門遠程接入數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)。
7.根據(jù)權利要求6所述的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程終端連接hternet，用戶或上級主管部門通過hternet遠程接入數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于ZigBee的礦井安監(jiān)無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括便攜式井下安全監(jiān)測模塊，實時監(jiān)測獲取井下的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并按照ZigBee傳輸協(xié)議發(fā)出所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；至少一個ZigBee路由節(jié)點，依次接收并傳遞所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，直至將所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)，存儲并分析處理所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，對井下環(huán)境進行預警。本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)無線傳輸、低成本、監(jiān)測實時有效的礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效地改善井下安全條件，保障礦工生命安全。
文檔編號E21F17/18GK102235177SQ201010151610
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權日2010年4月21日
發(fā)明者朱靖 申請人:常熟市智勝信息技術有限公司