[發明專利]基于無線傳感器網絡的礦井粉塵濃度監測系統

無效

• 申請號: 201010227027.6
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN101906992A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 程學珍;李文宏;張麗麗;郭秀芬;王秀芳;田偉;孫正鳳;張修華
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;H04W84/18;G01N15/06
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明涉及礦山生產過程中使用的安全監測系統，特別涉及一種礦井粉塵濃度監測系統。

背景技術

煤礦粉塵是指煤礦在生產過程中產生的煤炭、巖石等細微固體顆粒的總稱。煤礦井下的各個生產環節都可能產生粉塵，如鉆眼、炸藥爆破、掘進機掘進、采煤機割煤、裝煤、采煤支護放頂、巷道支護、裝載運輸轉載及卸載提升等。粉塵危害不僅能使煤礦工人得塵肺病，而且易引發爆炸，造成重大安全事故。據統計到2009年，全國63.9萬塵肺病例中，89.37％的病例為礦工塵肺，并且以每年約1萬例的速度遞增，平均每年死亡2500人以上。我國煤礦普遍具有煤塵爆炸性危險。2009年原國有重點煤礦有532處礦井煤塵有爆炸危險，占87.4％。自2000年以來全國發生特大煤塵爆炸的事故有13起，造成889人死亡。粉塵危害每年造成直接經濟損失達數十億元。

以上所述足見礦井粉塵的危害性之大，同時也說明了粉塵監測與防治的重要性。因此，礦井粉塵的防治問題日益受到廣泛關注，世界各國在對礦井粉塵的監測方面都做了大量的研究工作，研究開發了一系列的檢測儀器及系統。

目前，國內普遍采用人工、間斷性、單地點檢測粉塵濃度的方式，或者采用一般有線連接傳感器檢測方式。這種方式測得的礦井粉塵濃度數據僅反應了測塵時間段內的粉塵狀況，并不能全面、準確的反映煤礦井下空間的總體粉塵情況，而且井下環境中有線傳感器檢測系統的布置工作非常繁瑣，靈活性不足且擴展性差，系統部署和維護成本高等缺點，當某一結點出現故障，會使局部區域失去監測能力。

無線傳感器網絡的研究起始于20世紀90年代末期。由于無線傳感器網絡的巨大應用價值，它已經引起了世界許多國家的軍事部門、工業界和學術界的極大關注。從2000年起，國際上開始出現一些有關傳感器網絡研究結果的報道，美國自然科學基金委員會2003年制定了傳感器網絡研究計劃，支持相關基礎理論的研究。美國國防部和各軍事部門都對傳感器網絡給予了高度重視，把傳感器網絡作為一個重要研究領域，設立了一系列的軍事傳感器網絡研究項目。美國英特爾公司、微軟公司等信息業巨頭也開始了傳感器網絡方面的研究工作。日本、德國、英國、意大利等科技發達國家也對無線傳感器網絡表現出了極大的興趣，紛紛展開了該領域的研究工作。但是，目前大部分的研究尚處于起步階段，少數投入實用的商業產品距離實際需求還相差甚遠。我國在傳感器網絡方面的研究工作還很少，目前，國內一些高等院校與研究機構已積極開展無線傳感器網絡的相關研究工作，主要有清華大學、中科院軟件所、浙江大學、哈爾濱工業大學、中科院自動化所、中國人民大學等。目前國內研究熱點主要集中在穿戴式計算、上下文感知環境、智能教室等領域。

針對以上現狀，研究開發適合我國煤礦井下特點的基于無線傳感器網絡的礦井粉塵濃度監測系統勢在必行。

發明內容

本發明的任務在于提供一種基于無線傳感器網絡的礦井粉塵濃度監測系統。

其技術解決方案是：

一種基于無線傳感器網絡的礦井粉塵濃度監測系統，其包括：

布置在井下監測范圍內不同區域的若干個傳感器檢測節點群，每個傳感器檢測節點群設置有若干個基本傳感器節點，各基本傳感器節點包括粉塵濃度傳感器、末級微控制器及末級ZigBee收發器，末級ZigBee收發器平時處于休眠狀態，粉塵濃度傳感器間斷地采集粉塵濃度信息，并將采集信號進行A/D轉換后，通過末級微控制器進行判斷處理，一旦判斷得知某個基本傳感器節點所在區域的粉塵濃度超過標準值，則通過中斷機制將末級ZigBee收發器喚醒，并開始向下述路由節點群發送數據，發送數據包含粉塵濃度信息及該基本傳感器節點所在區域的地址信息；

用于接收及轉發數據信號的路由器節點群，路由器節點群包括處于始發位置的路由器節點與處于中繼位置的路由器節點，一個處于始發位置的路由器節點對應一個傳感器檢測節點群，各路由器節點包括二級微控制器與三級ZigBee收發器，各路由器節點平時處于休眠狀態，當有來自基本傳感器節點處或下述匯集節點處的數據信號時，即被完全喚醒進入正常工作模式，并根據路由算法進行信號傳輸；

用于接收來自路由器節點群處數據信號的匯集節點，匯集結點包括一級微控制器與二級ZigBee收發器或總線驅動模塊，由一級微控制器對接收到數據信號進行篩選，篩除無用數據信號，同時對保留數據信號進行功率放大；

用于接收來自匯集節點處數據信號的上位機系統，上微機系統包括PC機或可持移動PDA設備、一級ZigBee收發器或總線驅動模塊，上位機系統對接收到的數據進行最后的處理，據此作出判斷、顯示及報警。