[發明專利]一種基于ZigBee網絡節點的井下監控網絡系統

無效

• 申請號: 201010202515.1
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN101881183A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 郭宏;陳巖;王莉莎;師斌;龐曉華
• 申請（專利權）人: 昆山諾金傳感技術有限公司;威海諾金傳感技術有限公司;北京鑫諾金傳感技術有限公司;北京鑫諾金電子科技發展有限公司;北京德思源電子科技發展有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;H04W84/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于煤礦井下安全監測技術領域，具體涉及一種基于ZigBee網絡節點的井下監控網絡系統。

背景技術

煤炭作為我國的基本能源和重要原料，在國民經濟中占有極其重要的戰略地位。在我國的能源結構中，煤炭占我國一次性能源生產和消費結構中的70％左右，預計到2050年仍將占50％以上。因此，在相當長的時期內煤炭仍將是我國的主要能源，以煤炭為主的能源結構在短期內將難以改變。

近來，隨著對煤炭需求量的增大，我國煤礦事故又有攀升趨勢，煤礦安全狀況令人擔憂。我國煤礦安全信息技術的網絡化程度不高，井下安全信息不能及時傳送到井上安全生產控制中心，是導致煤礦事故頻發的重要原因之一。我國現有的煤礦安全信息系統大多是通過有線網絡建立的，隨著煤礦開采的日益變化，煤礦井下的物理結構日新月異地改變著，原先設計好的有線網絡傳輸系統很難做到完全的監控覆蓋，重新建立新的有線網絡系統，在成本上、人力上、擴展性等方面都不符合實際情況的發展。因此，建立一套靈活、可靠、擴展性強的煤礦安全無線監控網絡迫在眉睫。

隨著傳感器技術、嵌入式計算技術、通信技術和半導體與微機電系統制造技術的飛速發展，具有感知、計算存儲和通信能力的微型傳感器在軍事、工業、農業和宇航各個領域開始出現。無線網絡傳感器是集傳感器執行器、控制器和通信裝置于一體；集傳感與驅動控制能力、計算能力、通信能力于一身的資源(計算、存儲和能源)受限的嵌入式設備。由這些微型傳感器構成的無線傳感器網絡能夠實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種監測對象信息，并對這些信息進行處理，傳送給需要這些信息的用戶。傳感器網絡在軍事偵察、環境信息、檢測、農業生產、醫療健康監護、建筑與家居、工業生產控制以及商業等領域有著廣闊的應用前景。

藍牙技術是無線通訊的一種，在藍牙技術的使用過程中，人們發現藍牙技術盡管有許多優點，但仍存在許多缺陷。對工業，家庭自動化控制和工業遙測遙控領域而言，藍牙技術顯得太復雜，功耗大，距離近，組網規模太小等，而工業自動化，對無線數據通信的需求越來越強烈，而且，對于工業現場，這種無線數據傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業現場的各種電磁干擾。因此，經過人們長期努力，Zigbee協議在2003年正式問世。Zigbee是IEEE?802.15.4協議的代名詞。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。另外，Zigbee使用了在它之前所研究過的面向家庭網絡的通信協議Home?RF?Lite。

目前，我國礦區監控技術也從人工監控發展到了自動監控與監控，監控系統從環境安全監控發展到了工況監控和生產監控，并逐步形成了礦區監控網絡，為礦區生產和管理的現代化提供了良好的條件。國外六、七十年代發展起來的煤礦監控技術，近年來在我國有了飛速的發展，各種煤礦監控系統及其配套產品應運而生。

大連礦山安全科學技術研究院的井下人員定位跟蹤管理系統。該系統是集自動控制技術、射頻識別技術、網絡通訊技術等，多學科綜合應用為一體的自動識別信息系統。該系統是通過對坑道遠距離移動目標進行非接觸式信息采集處理，實現對人車物在不同狀態移動、靜止下的自動識別，從而實現目標的自動化管理。

中科院計算技術研究所研發了井下傳感網絡技術型煤礦無線綜合監控系統，該系統利用了無線傳感器網絡特有的自組織、數據式多跳路由、低成本等特點。

基于上述，目前，我國煤礦井下安全監控系統大多采用設備監控和人工監控相結合的方法，此類安全監控系統在系統成本、可靠性和人員安全方面有很大的不足之處。

首先，基于有線網絡的安全監控系統由于需要建設有線傳輸系統，因此在很大程度上限制了網絡規模的擴大。隨著開采面的不斷向前推進，開采計劃隨井下煤炭的分布情況而變化，基于有線網絡的安全監控系統的擴展跟不上開采的實際要求，使得網絡的數據可靠性和實時性得不到保證，難以確保重要的安全數據、控制數據和井下儀表的檢測數據及時的傳輸。這就成為煤礦安全監控系統采用有線網絡為傳輸介質的最大不足。

其次，人工監控的方案是憑借專門人員豐富的實際經驗對危險情況的發生進行預測。由于該類專門人員數量有限，同時考慮到監察員對各個區域檢查的隨機性，導致不可能覆蓋井下所有區域。而且，瓦斯在空氣中含量高時可降低氧含量，引起窒息，親自到達信息采集點采集瓦斯信息，還存在采集人員的人身安全問題。

發明內容

針對現有煤礦安全監控系統技術上存在的不足，本發明目的是在于提供一種通過無線傳感器網絡通信方式，網絡拓撲結構動態變化，網絡具有自組織和自調整特性的基于ZigBee網絡節點的監控網絡系統。