專利名稱：基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦井火情監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
礦井里面由于存在大量的煤氣等易燃易爆氣體，很容易發(fā)生火災(zāi)，一旦礦井中發(fā)生火災(zāi)，往往伴隨著爆炸和塌方，會給礦工的生命財產(chǎn)帶來巨大的威脅，會給國家?guī)砭薮蟮膿p失。人們想了很多辦法來監(jiān)控礦井下的情況，目前人們普遍采用的是利用電纜來鋪設(shè) 檢測網(wǎng)絡(luò)，但是由于礦井里面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，現(xiàn)有的監(jiān)控方法和系統(tǒng)存在安裝不便、維護不便的問題，并且監(jiān)控系統(tǒng)容易損壞，維修起來非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括通訊基站、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和云計算平臺，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過通訊基站與云計算平臺相連接，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括用于采集煤礦安全數(shù)據(jù)的無線傳感節(jié)點、執(zhí)行器和用于傳輸煤礦安全數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)關(guān)，所述無線傳感節(jié)點、執(zhí)行器和無線網(wǎng)關(guān)相連接。一種基于上述礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括以下步驟 步驟I、系統(tǒng)進行初始化，建立新的網(wǎng)絡(luò)，對各信道進行能量掃描，選擇一個空閑信道； 步驟2、為步驟I建立的新網(wǎng)絡(luò)選擇一個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符從而建立新的傳感器網(wǎng)絡(luò)，并允許
礦井無線路由節(jié)點加入；此時路由總節(jié)點和云計算平臺進行數(shù)據(jù)循環(huán)對接；
步驟3、掃描是否新的無線路由節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，如有且確認(rèn)是礦井無線路由節(jié)點，則允許其加入并分配16位的網(wǎng)絡(luò)地址；否則繼續(xù)掃描；
步驟4、系統(tǒng)接收礦井無線路由節(jié)點發(fā)送的信息，并將信息傳輸給云計算平臺，云計算平臺處理后將控制信號發(fā)送給執(zhí)行器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為1)本發(fā)明借助無線傳感操作系統(tǒng)的實時調(diào)度功能，將無線傳感網(wǎng)絡(luò)很好在礦井環(huán)境中得到了應(yīng)用，同時將環(huán)境的數(shù)據(jù)能實時傳送到云計算平臺，從而便于與各種礦井專家系統(tǒng)進行對接，避免了傳統(tǒng)的礦井電纜布線監(jiān)控和本地數(shù)據(jù)分析的局限性；2)本發(fā)明的一種基于無線傳感與云計算平臺的新型礦井火情環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，具備低成本、自組織、系統(tǒng)功耗低、信息交互方便的特點。


圖I是基于無線傳感的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦井環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。
圖2是本發(fā)明的無線傳感節(jié)點硬件原理圖。圖3是本發(fā)明的無線傳感路由節(jié)點硬件原理圖。圖4是基于無線傳感的無線路由的節(jié)點軟件流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。結(jié)合圖f圖4，一種基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括通訊基站、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和云計算平臺，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過通訊基站與云計算平臺相連接，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括用于采集煤礦安全數(shù)據(jù)的無線傳感節(jié)點、執(zhí)行器和用于傳輸煤礦安全數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)關(guān)，所述無線傳感節(jié)點、執(zhí)行器和無線網(wǎng)關(guān)相連接。所述無線傳感節(jié)點包括無線一氧化碳傳感節(jié)點、無線風(fēng)壓傳感節(jié)點和無線溫度傳 感節(jié)點；執(zhí)行器包括溫度控制器和一氧化碳控制器。所述無線一氧化碳傳感節(jié)點包括一氧化碳傳感器、msp430微處理器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器，其中一氧化碳傳感器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器均與msp430微處理器相連接。所述無線風(fēng)壓傳感節(jié)點包括風(fēng)壓傳感器、msp430微處理器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器，其中風(fēng)壓傳感器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器均與msp430微處理器相連接。所述無線溫度傳感節(jié)點包括溫度傳感器、msp430微處理器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器，其中溫度傳感器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器均與msp430微處理器相連接。一種基于上述礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，包括以下步驟 步驟I、系統(tǒng)進行初始化，建立新的網(wǎng)絡(luò)，對各信道進行能量掃描，選擇一個空閑信道； 步驟2、為步驟I建立的新網(wǎng)絡(luò)選擇一個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符從而建立新的傳感器網(wǎng)絡(luò)，并允許
礦井無線路由節(jié)點加入；此時路由總節(jié)點和云計算平臺進行數(shù)據(jù)循環(huán)對接；
步驟3、掃描是否新的無線路由節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，如有且確認(rèn)是礦井無線路由節(jié)點，則允許其加入并分配16位的網(wǎng)絡(luò)地址；否則繼續(xù)掃描；
步驟4、系統(tǒng)接收礦井無線路由節(jié)點發(fā)送的信息，并將信息傳輸給云計算平臺，云計算平臺處理后將控制信號發(fā)送給執(zhí)行器。上述執(zhí)行器包括溫度控制器和一氧化碳控制器。具體而言，在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，每個火情無線傳感器節(jié)點為礦井網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點。當(dāng)某條網(wǎng)絡(luò)中斷時自動通過其他礦井氣體無線路由節(jié)點與礦井無線控制器通信，礦井無線路由節(jié)點能自由加入或退出無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的自組織核修復(fù)。無線傳感器節(jié)點內(nèi)部模塊連接關(guān)系為msp430微處理器，CC2530射頻模塊收發(fā)器，RS232收發(fā)器，溫度傳感器，溫度控制執(zhí)行器、一氧化碳傳感器、風(fēng)壓傳感器。如果是無線傳感網(wǎng)關(guān)節(jié)點，那么還有底板以S3C2410芯片為核心，底板接入網(wǎng)卡，CC2530射頻模塊等。溫度傳感器、一氧化碳傳感器與無線傳感節(jié)點對接，采集礦井環(huán)境內(nèi)的溫度和一氧化碳，然后經(jīng)過無線傳感操作系統(tǒng)實時的調(diào)度通過CC2530模塊將礦井環(huán)境內(nèi)的溫度和一氧化碳數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳感路由節(jié)點，路由節(jié)點收到數(shù)據(jù)后又轉(zhuǎn)發(fā)給無線傳感網(wǎng)關(guān)節(jié)點，無線傳感網(wǎng)關(guān)經(jīng)過無線傳感操作系統(tǒng)的調(diào)度通過CC2530射頻模塊接收數(shù)據(jù)并得到溫度和一氧化碳數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)接入到因特網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳送到云計算平臺，專家系統(tǒng)登陸云計算平臺后取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)并判斷否則要調(diào)節(jié)溫度，如果需要則控制溫度和一氧化碳控制執(zhí)行器對礦井溫度和一氧化碳進行調(diào)節(jié)。
實施例如圖I所述，基于無線傳感技術(shù)和云計算平臺礦井礦井環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是基于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的，無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)包括礦井無線傳感節(jié)點、礦井無線路由節(jié)點、礦井無線網(wǎng)關(guān)執(zhí)行器驅(qū)動節(jié)點。在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中多個礦井無線傳感節(jié)點和礦井無線路由節(jié)點組成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其他礦井無線路由節(jié)點和礦井無線傳感節(jié)點，以及礦井無線網(wǎng)關(guān)執(zhí)行器驅(qū)動節(jié)點能自由退出和加入無線網(wǎng)絡(luò)。多個礦井無線路由節(jié)點與礦井無線傳感節(jié)點形成網(wǎng)狀Mesh網(wǎng)絡(luò)，每個礦井無線路由節(jié)點為Mesh網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點，當(dāng)?shù)V井無線傳感節(jié)點離礦井無線路由節(jié)點太遠(yuǎn)超過無線通信距離時，可逐級多跳通過其他礦井無線傳感節(jié)點與礦井無線路由節(jié)點進行通信，或者當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時自動通過其他礦井無線路由節(jié)點通信，礦井無線路由節(jié)點能自由加入和退出無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)整個無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的自組織和自恢復(fù)。路由節(jié)點會將數(shù)據(jù)發(fā) 送到云計算平臺，在云計算平臺上對數(shù)據(jù)進行處理，礦井專家系統(tǒng)對接到云計算平臺后分析數(shù)據(jù)然后反饋信息給礦井管理中心。白色圓點為礦井無線傳感節(jié)點，黑點圓點為礦井無線路由節(jié)點，方形點為礦井無線網(wǎng)關(guān)執(zhí)行器驅(qū)動節(jié)點。如圖2所述是礦井無線傳感節(jié)點硬件原理圖，主微處理器為msp430單片機，同時接入CC2530射頻模塊無線收發(fā)模塊，溫度和一氧化碳傳感器接入msp430單片機中，負(fù)責(zé)采集礦井室內(nèi)的溫度和一氧化碳數(shù)據(jù)，經(jīng)過msp430的AD轉(zhuǎn)化通過CC2530射頻模塊無線收發(fā)模塊發(fā)送給礦井無線傳感路由節(jié)點。如圖3所述是礦井無線路由節(jié)點硬件原理圖，主微處理器為S3C2410，同時接CC2530射頻無線收發(fā)模塊，接入網(wǎng)卡通過因特網(wǎng)接入云計算平臺，同時處理器還通過IO 口接入光耦和固態(tài)繼電器控制器對溫度和一氧化碳進行控制。首先通過CC2530射頻無線收發(fā)模塊接收無線傳感節(jié)點傳送過來的溫度和一氧化碳數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)卡傳送至云計算平臺，專家系統(tǒng)接入到云計算平臺上分析礦井溫度數(shù)據(jù)作出判斷如何控制溫度和一氧化碳控制器，將判斷結(jié)果發(fā)送到微處理器S3C2410，微處理器根據(jù)判斷結(jié)果對溫度控制器進行相應(yīng)控制。如圖4所述是礦井無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)初始化流程圖，軟件實現(xiàn)過程系統(tǒng)在軟硬件初始化后開始建立新的網(wǎng)絡(luò)，對各信道進行能量掃描，選擇一個空閑信道；找到合適的通道后，為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符從而建立新的傳感器網(wǎng)絡(luò)，并允許礦井無線路由節(jié)點加入，同時路由總節(jié)點和云計算平臺進行數(shù)據(jù)循環(huán)對接；掃描是否新的無線路由節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，如有且確認(rèn)是礦井無線路由節(jié)點，則允許其加入并分配16位的網(wǎng)絡(luò)地址。本發(fā)明具備低成本、自組織、系統(tǒng)功耗低、信息交互方便的特點。
權(quán)利要求
1.一種基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括通訊基站、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和云計算平臺，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過通訊基站與云計算平臺相連接，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括用于采集煤礦安全數(shù)據(jù)的無線傳感器、執(zhí)行器和用于傳輸煤礦安全數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)關(guān)，所述無線傳感節(jié)點、執(zhí)行器和無線網(wǎng)關(guān)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感節(jié)點包括無線一氧化碳傳感節(jié)點、無線風(fēng)壓傳感節(jié)點和無線溫度傳感節(jié)點；執(zhí)行器包括溫度控制器和一氧化碳控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述無線一氧化碳傳感節(jié)點包括一氧化碳傳感器、msp430微處理器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器，其中一氧化碳傳感器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器均與msp430微處理器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述無線風(fēng)壓傳感節(jié)點包括風(fēng)壓傳感器、msp430微處理器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器，其中風(fēng)壓傳感器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器均與msp430微處理器相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述無線溫度傳感節(jié)點包括溫度傳感器、msp430微處理器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器，其中溫度傳感器、CC2530射頻模塊收發(fā)器和RS232收發(fā)器均與msp430微處理器相連接。
6.一種基于權(quán)利要求I所述礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I、系統(tǒng)進行初始化，建立新的網(wǎng)絡(luò)，對各信道進行能量掃描，選擇一個空閑信道； 步驟2、為步驟I建立的新網(wǎng)絡(luò)選擇一個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識符從而建立新的傳感器網(wǎng)絡(luò)，并允許礦井無線路由節(jié)點加入；此時路由總節(jié)點和云計算平臺進行數(shù)據(jù)循環(huán)對接； 步驟3、掃描是否新的無線路由節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)，如有且確認(rèn)是礦井無線路由節(jié)點，則允許其加入并分配16位的網(wǎng)絡(luò)地址；否則繼續(xù)掃描； 步驟4、系統(tǒng)接收礦井無線路由節(jié)點發(fā)送的信息，并將信息傳輸給云計算平臺，云計算平臺處理后將控制信號發(fā)送給執(zhí)行器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征在于，步驟4中所述執(zhí)行器包括溫度控制器和一氧化碳控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于云計算的礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)火情遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括通訊基站、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和云計算平臺，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過通訊基站與云計算平臺相連接，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括用于采集煤礦安全數(shù)據(jù)的無線傳感節(jié)點、執(zhí)行器和用于傳輸煤礦安全數(shù)據(jù)的無線網(wǎng)關(guān)，所述無線傳感節(jié)點、執(zhí)行器和無線網(wǎng)關(guān)相連接。本發(fā)明具備低成本、自組織、系統(tǒng)功耗低、信息交互方便的特點。
文檔編號H04W84/18GK102685211SQ20121010080
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者石南, 陳勇, 高尚 申請人:南京龍淵微電子科技有限公司