專利名稱：礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站，屬于礦井井下定位與監(jiān)控 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
建立煤礦井下完善的監(jiān)控體系和精確的人員定位系統(tǒng)是目前貫徹以“預(yù)防為主” 的安全生產(chǎn)理念的前提條件。無線基站是完善監(jiān)控和精確定位的基礎(chǔ)。目前一些專利涉及 了這方面的研究。CN 201096877Y公布了一種基于ZIGBEE的無線定位系統(tǒng)。該專利主要問題是 (1)只是利用當(dāng)前的信息來定位，而不是將歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)在數(shù)據(jù)融合進(jìn)行定位；(2)沒有融 合礦井監(jiān)控功能。CN 101369944A提出了基于ZIGBEE和RFID的礦井無線定位系統(tǒng)及其布設(shè)方法。 采用RFID進(jìn)行定位，通過ZIGBEE進(jìn)行定位信息的發(fā)送。此專利的主要問題(1)沒有結(jié)合 定位與監(jiān)控；(2) RFID是單向的；(3)只是利用當(dāng)前的信息來定位，而不是將歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn) 在數(shù)據(jù)融合進(jìn)行定位；CN200710171812.2井下煤礦人員實時無線定位方法提出了一種井下煤礦人員實 時無線定位方法，采用基于無線節(jié)點射頻信號強(qiáng)度的分布式實時定位方法或接收信號功率 指標(biāo)。RSSI與實際距離之間的轉(zhuǎn)換方法。但是無線信號的強(qiáng)度受到的干擾因素太多，比如 當(dāng)人體進(jìn)入該場景時，也會影響無線信號的強(qiáng)度。因此定位不準(zhǔn)確。CN200620101832. 3礦井工作人員定位系統(tǒng)提出了無線定位和監(jiān)控的一個概念，但 是對于礦井定位的關(guān)鍵問題如何利用無線系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，該專利并沒有提出新的 算法。CN201234272Y煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備。提出了煤礦井下基于無線傳感 器網(wǎng)路的人員定位和環(huán)境監(jiān)測的硬件平臺。但是對于礦井救援和監(jiān)控來說，這些硬件是最 基本也是最常規(guī)的，該專利并沒有解決如何利用這些設(shè)備進(jìn)行礦井定位的系統(tǒng)問題，僅僅 涉及一些硬件。同時該設(shè)備也沒有解決移動節(jié)點傳感器的標(biāo)定和精度問題。CN201408358Y提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井監(jiān)控設(shè)備。但是該設(shè)備在實 際中無法應(yīng)用(1)沒有解決傳感器的標(biāo)定，因此容易經(jīng)常導(dǎo)致誤報；(2)沒有有效的定位 方案。CN101621431A煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備。提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的人 員定位和環(huán)境監(jiān)測的硬件平臺。但該設(shè)備沒有解決有效的利用礦井現(xiàn)有條件組網(wǎng)問題，因 為無線信號在井下干擾大，有時無法發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致礦井監(jiān)控不利。關(guān)鍵的傳感器固定節(jié)點 應(yīng)該采用有線通訊方式。同時該設(shè)備沒有解決基于融合方法的定位問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的缺陷，提供一種新的礦井井下智能無線監(jiān)控 與定位系統(tǒng)基站，與其它無線基站所不同的是本發(fā)明無線基站實現(xiàn)了有線和無線通訊無縫切換；當(dāng)井下發(fā)生礦井事故交流電切斷時，無線基站照樣能工作，為救援提供信息保證。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站，包括核心處 理器、電源系統(tǒng)、通訊接口、氣體傳感器，所述核心處理器中設(shè)有嵌入式軟件，其特征在于 所述核心處理器為ARM處理器，所述通訊接口由分別與核心處理器相連的無線ZigBee模 塊、工業(yè)CAN總線接口組成，所述無線ZigBee模塊與核心處理器通過SPI 口連接通訊。所述電源系統(tǒng)包括電源管理模塊、與電源管理模塊分別相連的電池、防爆開關(guān)電 源，所述防爆開關(guān)電源與井下交流電相連。所述電池為鋰電池或鉛酸電池。所述無線ZigBee模塊與工業(yè)CAN總線接口通過無縫切換的方式進(jìn)行相互切換。所述核心處理器的嵌入式軟件中設(shè)有定時中斷、SPI中斷和CAN中斷三個中斷，在 定時中斷中，采集氣體傳感器數(shù)據(jù)，檢測工業(yè)CAN總線是否通訊正常，當(dāng)工作正常時，通過 工業(yè)CAN總線接口將氣體傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼站，當(dāng)工業(yè)CAN總線不能正常工作時，通 過SPI接口發(fā)送給無線ZigBee模塊一個標(biāo)志字節(jié)，這樣無線ZigBee模塊將自己設(shè)為路由 器，直接將信號數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給下個無線基站。當(dāng)SPI接收到來自無線ZigBee模 塊的數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)打包通過工業(yè)CAN總線接口發(fā)送給中繼站。本發(fā)明礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站由硬件和嵌入式軟件組成。在硬件 系統(tǒng)中，其電源有兩種供應(yīng)方式，(1)電池，可以是鋰電池，也可以是鉛酸電池。(2)井下交 流電。兩種電源同時接入，通過電源管理模塊進(jìn)行管理。當(dāng)有交流電時，直流電停止工作， 由交流電工作。如果此時直流電電池的電壓不足時，交流電對直流電池進(jìn)行充電。當(dāng)交流 電停電時，直流電自動工作。硬件系統(tǒng)中的核心處理器完成所有模塊的控制，并采集氣體傳感器的數(shù)據(jù)，監(jiān)控 巷道氣體的含量。本發(fā)明有兩種通訊接口 (1)無線ZigBee模塊；(2)工業(yè)CAN總線接口。 兩種接口是無縫切換的當(dāng)有線工業(yè)CAN總線接口連接到數(shù)據(jù)分析處理與傳輸中繼站時， 無線基站通過有線工業(yè)CAN總線接口發(fā)送數(shù)據(jù)給中繼站。如果有線信號不能工作時或沒有 連接時，通過無線ZigBee模塊將數(shù)據(jù)信號給其它基站，通過其它基站，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給中繼 站，或者通過無線信號直接給中繼站。無線ZigBee模塊接收來自移動載體的數(shù)據(jù)，并將系統(tǒng)其它部分的數(shù)據(jù)及命令發(fā) 送給移動載體。當(dāng)有線通訊不能工作時，無線基站能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給附近的基站，然后通過 基站發(fā)送給中繼站，再傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?。本發(fā)明無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站是通過自組織方式進(jìn)行組網(wǎng)，每個基站都是一個 接收終端，同時也是個路由器，能將無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其它的無線基站。無線基站安裝了高質(zhì)量的氣體傳感器，這個氣體傳感器既是無線監(jiān)控體系的一個 節(jié)點，同時也可對無線定位的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。本發(fā)明的無線基站，實現(xiàn)了在礦難時，提供礦井巷道信息的緊急服務(wù)。在安全生產(chǎn) 時，提供完善的監(jiān)控與定位。在特殊的工作場合，不方便布置有線線路時，可以方便使用無 線網(wǎng)絡(luò)建立基站。本發(fā)明的有益效果是(1)在該無線基站中，實現(xiàn)了有線和無線通訊無縫切換。當(dāng) 有線工業(yè)CAN總線接口連接到數(shù)據(jù)分析處理與傳輸中繼站時，無線基站通過有線接口發(fā)送 數(shù)據(jù)給中繼站。如果有線信號不能工作時或沒有連接時，通過無線ZigBee將數(shù)據(jù)信號給其
4它基站，通過其它基站，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給中繼站，或者通過無線信號直接給中繼站。(2)雙電源 供電，包括電池和井下交流電。主要目的是，當(dāng)井下發(fā)生礦井事故交流電切斷時，無線基站 照樣能發(fā)揮作用，為救援提供信息保證。(3)無線基站包括高質(zhì)量氣體傳感器的數(shù)據(jù)，既可 以監(jiān)控巷道氣體的含量。也可以通過傳感器的數(shù)據(jù)對定位進(jìn)行修正。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是本發(fā)明核心處理器軟件的定時中斷結(jié)構(gòu)流程示意圖；圖3是本發(fā)明核心處理器軟件的SPI接收中斷的結(jié)構(gòu)流程示意圖；圖4是本發(fā)明無線ZigBee模塊的結(jié)構(gòu)流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以使本專業(yè)的技術(shù) 人員在閱讀后，能夠進(jìn)一步地掌握和理解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)圖1，本發(fā)明由核心處理器、無線ZigBee模塊、工業(yè)CAN總線接口、電源管理模 塊、電池、防爆開關(guān)電源、井下交流電構(gòu)成。本發(fā)明有兩種供電方式，一種是電池供電，另一 種是井下交流電供電。電源管理模塊對兩個電源進(jìn)行管理。當(dāng)有交流電時，切斷電池供電。 當(dāng)電池電量不足時，交流電給電池充電。當(dāng)交流電無法供電時，此時電池供電。雙電源供電 在礦井中非常關(guān)鍵。因為當(dāng)遇到礦井災(zāi)難等緊急事情時，井下的交流電應(yīng)該切斷，此時備用 的電池供電，這樣救援隊員能通過該基站獲取巷道環(huán)境的信息。在圖1中，核心處理器采用高性能的ARM處理器。有兩種通訊接口 (1)無線 ZigBee模塊；(2)工業(yè)CAN總線接口。這兩種接口之間進(jìn)行無縫切換，無線ZigBee模塊與 核心處理器之間通過SPI 口連接通訊，在核心處理器的軟件中，有專門的線程對有線通訊 是否連接進(jìn)行檢測，如果沒有有線通訊，無線基站通過無線傳輸數(shù)據(jù)。這種方式在礦井中非 常實用。當(dāng)?shù)V井布線困難時，無線基站可以采用無線方式工作。當(dāng)出現(xiàn)礦難時，有線被破壞 時，無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)同樣能進(jìn)行工作。無線ZigBee模塊接收移動載體發(fā)送過來的數(shù) 據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給巷道中的下個基站或發(fā)送給中繼站。在實際應(yīng)用中應(yīng)用多個相同的本發(fā)明作為多個節(jié)點組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明基站中 安裝有高質(zhì)量的氣體傳感器，這些傳感器作為整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，同時也是作為 定位系統(tǒng)中的參考值，來修正移動載體的定位值。根據(jù)圖2、圖3，圖4，本發(fā)明礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站的核心處理器 的軟件中，設(shè)有三個中斷，一個是定時中斷，二是SPI中斷，三是CAN中斷。在定時中斷中， 采集氣體傳感器數(shù)據(jù)，檢測工業(yè)CAN總線接口是否通訊正常，當(dāng)工作正常時，通過工業(yè)CAN 總線接口將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼站，當(dāng)工業(yè)CAN總線接口不能正常工作時，通過SPI 口發(fā) 送給無線ZigBee模塊一個標(biāo)志字節(jié)，這樣無線ZigBee模塊將自己設(shè)為路由器，直接將信號 數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給下個無線基站。當(dāng)SPI 口接收到來自無線ZigBee模塊的數(shù)據(jù)時， 將數(shù)據(jù)打包通過工業(yè)CAN總線接口發(fā)送給中繼站。本發(fā)明涉及的無線基站，實現(xiàn)了在礦難時，無線基站仍然正常工作，為救援隊員提 供礦井巷道信息的緊急服務(wù)。在安全生產(chǎn)時，提供完善的監(jiān)控與定位。在特殊的工作場合，
5不方便布置有線線路時，可以方便使用無線網(wǎng)絡(luò)建立基站。
權(quán)利要求
一種礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站，包括核心處理器、電源系統(tǒng)、通訊接口、氣體傳感器，所述核心處理器中設(shè)有嵌入式軟件，其特征在于所述核心處理器為ARM處理器，所述通訊接口由分別與核心處理器相連的無線ZigBee模塊、工業(yè)CAN總線接口組成，所述無線ZigBee模塊與核心處理器通過SPI口連接通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站，其特征在于所述 電源系統(tǒng)包括電源管理模塊、與電源管理模塊分別相連的電池、防爆開關(guān)電源，所述防爆開 關(guān)電源與井下交流電相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站，其特征在于所述 電池為鋰電池或鉛酸電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站，其特征在于所述 無線ZigBee模塊與工業(yè)CAN總線接口通過無縫切換的方式進(jìn)行相互切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站，其特征在于所述 核心處理器的嵌入式軟件中設(shè)有定時中斷、SPI中斷和CAN中斷三個中斷，在定時中斷中， 采集氣體傳感器數(shù)據(jù)，檢測工業(yè)CAN總線是否通訊正常，當(dāng)工作正常時，通過工業(yè)CAN總線 接口將氣體傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送給中繼站，當(dāng)工業(yè)CAN總線不能正常工作時，通過SPI接口發(fā) 送給無線ZigBee模塊一個標(biāo)志字節(jié)，這樣無線ZigBee模塊將自己設(shè)為路由器，直接將信號 數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給下個無線基站，當(dāng)SPI接收到來自無線ZigBee模塊的數(shù)據(jù)時，將 數(shù)據(jù)打包通過工業(yè)CAN總線接口發(fā)送給中繼站。
全文摘要
本發(fā)明為一種礦井井下智能無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)基站。它包括核心處理器、電源系統(tǒng)、通訊接口、氣體傳感器，所述核心處理器中設(shè)有嵌入式軟件，所述核心處理器為ARM處理器，所述通訊接口由分別與核心處理器相連的無線ZigBee模塊、工業(yè)CAN總線接口組成，所述無線ZigBee模塊與核心處理器通過SPI口連接通訊。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)在該無線基站中，實現(xiàn)了有線和無線通訊無縫切換。(2)雙電源供電，包括電池和井下交流電。主要目的是，當(dāng)井下發(fā)生礦井事故交流電切斷時，無線基站照樣能發(fā)揮作用，為救援提供信息保證。(3)無線基站包括高質(zhì)量氣體傳感器的數(shù)據(jù)，既可以監(jiān)控巷道氣體的含量。也可以通過傳感器的數(shù)據(jù)對定位進(jìn)行修正。
文檔編號H04B1/74GK101917211SQ201010237439
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者周勇, 楊伯群, 王宣, 蔣金鵬, 邱平平, 陳琳 申請人:上海中為智能機(jī)器人有限公司