[發明專利]一種基于ZigBee的礦井安監無線傳感器網絡系統

無效

• 申請號: 201010151610.3
• 申請日: 2010-04-21
• 公開（公告）號: CN102235177A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 朱靖
• 申請（專利權）人: 常熟市智勝信息技術有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F11/00
• 代理公司: 蘇州華博知識產權代理有限公司 32232
• 代理人: 傅靖

技術領域

本發明涉及一種礦井安全監測系統，更具體地，涉及一種基于ZigBee的礦井安監無線傳感器網絡系統。

背景技術

近年來，礦井開采造成的各種礦難事故仍然頻發，礦井安全正成為我國工業安全生產工作的重中之重。

雖然現有的礦井安監領域的產品設備，尤其是危險氣體報警產品已經得到較大的普及，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。這種傳統的報警型礦井安全產品功能相對單一，在預防礦井事故和突發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礦下采集的井下環境信號的安監系統，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境的復雜性。而且隨著采礦的進行，礦井不斷延伸，使得現有的安監系統難以完全覆蓋整個礦井，礦井延伸出的空間在現有的條件下不可能得到實時的監測，因而相當數量的礦工實際上仍然處于對井下環境缺乏實時監控的工作環境當中，當瓦斯等危險氣體的局部超標時就會引發礦難。這也就是即使井下具有一定的監測設備的礦山，仍然時有礦難發生的原因。可見，現有的礦井安監系統不能完全滿足需求。

近年來，無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network，WSN)技術和ZigBee技術得到了較迅速的發展。無線傳感器網絡由大量傳感器節點組成，傳感器節點被密集地放置于測量環境當中，大量的傳感器節點以自組織的方式組成網絡，節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點，然后通過互聯網等途徑到達用戶終端所在的管理節點，而用戶終端也可以通過管理節點對無線傳感器網絡進行管理。

為了滿足小型低成本設備的無線聯網要求，2000年IEEE成立IEEE?802.15.4工作組，研究開發了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絡通信技術。ZigBee技術利用無線數傳模塊形成一個無線數傳網絡平臺，各個無線數傳模塊之間可以相互通信。基于ZigBee技術的無線傳感器網絡，使數據的自動采集、分析處理，以及網絡組建和數據傳輸變得更加容易。

基于ZigBee技術的無線傳感器網絡能夠適用于不需要很高的數據吞吐量和連續狀態更新的工業應用，并且具有低功耗和低成本的優勢。但是，目前這項技術并未在礦井安全監測領域得到應用。

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實現信號無線傳輸，井下實時監測，成本較低的礦井安全監測系統，從而克服現有的礦井安全監測系統存在的建設成本過高、功能單一、監測范圍受限的缺陷，改善礦井安全環境，及時發現礦難苗頭，防患于未然，維護礦工的生命安全。

發明內容

本發明提供了一種基于ZigBee的礦井安監無線傳感器網絡系統，該系統能夠首先利用傳感器對有害氣體等井下環境參數進行傳感，通過數據采集和處理進行井下環境參數信號的采集以及輸出，最后利用ZigBee技術建立無線傳感器網絡，實現和礦井外界的無線數據交換，并對井下采集的環境數據進行存儲和管理，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的礦井安監無線傳感器網絡系統包括：

便攜式井下安全監測模塊，實時監測獲取井下的環境參數數據，并按照ZigBee傳輸協議發出所述環境參數數據；

至少一個ZigBee路由節點，依次接收并傳遞所述環境參數數據，直至將所述環境參數數據傳遞至數據處理中心系統；

數據處理中心系統，存儲并分析處理所述環境參數數據，對井下環境進行預警。

優選地，所述便攜式井下安全監測模塊包括：

多類型傳感器模塊，用于實時對井下的多種類型的環境參數進行傳感形成環境參數信號；

數據采集和處理模塊，用于對所述環境參數信號進行采集、處理，生成環境參數數據并輸出；

ZigBee發射模塊，按照ZigBee傳輸協議向外發出所述環境參數數據。

其中，所述多種類型的環境參數包括井下的甲烷氣體濃度參數，一氧化碳氣體濃度參數，硫化氫氣體濃度參數，氧氣濃度參數，溫度參數以及濕度參數。

優選地，所述便攜式井下安全監測模塊設置于井下工作人員的安全帽內。

優選地，所述數據處理中心系統具有：

ZigBee接收模塊，從所述ZigBee路由節點接收所述環境參數數據；

數據中心，用于存儲和預處理所述環境參數數據；