[實(shí)用新型]一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的井下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020228343.0
• 申請(qǐng)日: 2010-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN201730640U
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭宏;陳巖;王莉莎;師斌;龐曉華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山諾金傳感技術(shù)有限公司;威海諾金傳感技術(shù)有限公司;北京鑫諾金傳感技術(shù)有限公司;北京鑫諾金電子科技發(fā)展有限公司;北京德思源電子科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): E21F17/18
• 分類號(hào): E21F17/18
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于煤礦井下安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的井下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

煤炭作為我國(guó)的基本能源和重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的戰(zhàn)略地位。在我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占我國(guó)一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的70％左右，預(yù)計(jì)到2050年仍將占50％以上。因此，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)煤炭仍將是我國(guó)的主要能源，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)將難以改變。

近來，隨著對(duì)煤炭需求量的增大，我國(guó)煤礦事故又有攀升趨勢(shì)，煤礦安全狀況令人擔(dān)憂。我國(guó)煤礦安全信息技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化程度不高，井下安全信息不能及時(shí)傳送到井上安全生產(chǎn)控制中心，是導(dǎo)致煤礦事故頻發(fā)的重要原因之一。我國(guó)現(xiàn)有的煤礦安全信息系統(tǒng)大多是通過有線網(wǎng)絡(luò)建立的，隨著煤礦開采的日益變化，煤礦井下的物理結(jié)構(gòu)日新月異地改變著，原先設(shè)計(jì)好的有線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)很難做到完全的監(jiān)控覆蓋，重新建立新的有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在成本上、人力上、擴(kuò)展性等方面都不符合實(shí)際情況的發(fā)展。因此，建立一套靈活、可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)的煤礦安全無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)迫在眉睫。

隨著傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)和半導(dǎo)體與微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，具有感知、計(jì)算存儲(chǔ)和通信能力的微型傳感器在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和宇航各個(gè)領(lǐng)域開始出現(xiàn)。無線網(wǎng)絡(luò)傳感器是集傳感器執(zhí)行器、控制器和通信裝置于一體；集傳感與驅(qū)動(dòng)控制能力、計(jì)算能力、通信能力于一身的資源(計(jì)算、存儲(chǔ)和能源)受限的嵌入式設(shè)備。由這些微型傳感器構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測(cè)對(duì)象信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，傳送給需要這些信息的用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事偵察、環(huán)境信息、檢測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)、建筑與家居、工業(yè)生產(chǎn)控制以及商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

藍(lán)牙技術(shù)是無線通訊的一種，在藍(lán)牙技術(shù)的使用過程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動(dòng)化，對(duì)無線數(shù)據(jù)通信的需求越來越強(qiáng)烈，而且，對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這種無線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。因此，經(jīng)過人們長(zhǎng)期努力，Zigbee協(xié)議在2003年正式問世。Zigbee是IEEE?802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。另外，Zigbee使用了在它之前所研究過的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議Home?RF?Lite。

目前，我國(guó)礦區(qū)監(jiān)控技術(shù)也從人工監(jiān)控發(fā)展到了自動(dòng)監(jiān)控與監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)從環(huán)境安全監(jiān)控發(fā)展到了工況監(jiān)控和生產(chǎn)監(jiān)控，并逐步形成了礦區(qū)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，為礦區(qū)生產(chǎn)和管理的現(xiàn)代化提供了良好的條件。國(guó)外六、七十年代發(fā)展起來的煤礦監(jiān)控技術(shù)，近年來在我國(guó)有了飛速的發(fā)展，各種煤礦監(jiān)控系統(tǒng)及其配套產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。

大連礦山安全科學(xué)技術(shù)研究院的井下人員定位跟蹤管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集自動(dòng)控制技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，多學(xué)科綜合應(yīng)用為一體的自動(dòng)識(shí)別信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過對(duì)坑道遠(yuǎn)距離移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行非接觸式信息采集處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)人車物在不同狀態(tài)移動(dòng)、靜止下的自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。

中科院計(jì)算技術(shù)研究所研發(fā)了井下傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)型煤礦無線綜合監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特有的自組織、數(shù)據(jù)式多跳路由、低成本等特點(diǎn)。

基于上述，目前，我國(guó)煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)大多采用設(shè)備監(jiān)控和人工監(jiān)控相結(jié)合的方法，此類安全監(jiān)控系統(tǒng)在系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的安全監(jiān)控系統(tǒng)由于需要建設(shè)有線傳輸系統(tǒng)，因此在很大程度上限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大。隨著開采面的不斷向前推進(jìn)，開采計(jì)劃隨井下煤炭的分布情況而變化，基于有線網(wǎng)絡(luò)的安全監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展跟不上開采的實(shí)際要求，使得網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)可靠性和實(shí)時(shí)性得不到保證，難以確保重要的安全數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和井下儀表的檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)的傳輸。這就成為煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用有線網(wǎng)絡(luò)為傳輸介質(zhì)的最大不足。

其次，人工監(jiān)控的方案是憑借專門人員豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)危險(xiǎn)情況的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于該類專門人員數(shù)量有限，同時(shí)考慮到監(jiān)察員對(duì)各個(gè)區(qū)域檢查的隨機(jī)性，導(dǎo)致不可能覆蓋井下所有區(qū)域。而且，瓦斯在空氣中含量高時(shí)可降低氧含量，引起窒息，親自到達(dá)信息采集點(diǎn)采集瓦斯信息，還存在采集人員的人身安全問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)上存在的不足，本實(shí)用新型目的是在于提供一種通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信方式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，網(wǎng)絡(luò)具有自組織和自調(diào)整特性的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。