专利名称：基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿安全生产监控领域，具体为一种基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知系统。
背景技术：
煤炭是我国主要能源，目前在我国能源生产和消费中，煤炭约占73%。据专家预测，到2050年煤炭仍会占中国能源消费的50%以上，煤炭作为主要能源的地位将会在相当长的历史时期中不会改变。我国煤炭资源丰富，在国际市场竞争中本应占有优势，但由于我国煤炭储存条件复杂，煤矿自动化水平低，井下用人多，生产安全监控系统采用的技术比较落后，功能单一，再加上管理等因素，使得生产成本高，安全形势不容乐观。全国煤矿事故死亡人数居高不下，百万吨死亡率大大高于世界主要产煤国家平均水平，严重影响了煤炭工业的可持续发展和社会的稳定。物联网概念为建立煤矿安全生产与预警救援新体系提出了新的思路和方法。作为物联网应用的一个重要领域“感知矿山”，它是通过各种感知、信息传输与处理技术，实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智慧化。为保障矿山的安全生产，感知矿山是在实现综合自动化的基础上，实现三个感知。即感知矿工周围安全环境，实现主动式安全保障；感知矿山设备工作健康状况，实现预知维修；感知矿山灾害风险，实现各种灾害事故的预警预报。其中井下人员的安全环境感知是最为重要的。移动感知监控正是矿山生产的特点。煤矿生产是移动作业，人员、设备、车辆等集中在巷道中，随着煤矿生产的进行，作业人员均处在不断变化之中，且矿山灾害发生的区域和时间均具有未知性，并且矿山处于动态开采过程中，要感知井下人员的周围安全信息，只能采用符合矿山生产特点的基于无线传感器网络的分布式、可移动、自组网的信息采集方式。各种无线接入网络，如Wi-Fi、Zigbee等是构成感知矿山的主要技术，具有自组网功能的无线网络，如无线传感器网络将起着不可或缺的作用。综上所述，基于无线传感网络的感知矿山网络可以对煤矿复杂环境下生产系统内的人员、机器、设备和基础设施实施更加实时有效的协同管理和控制，提高煤矿安全信息的感知能力，为构建煤矿安全动态的信息感知与处理平台打下基础。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，主要包括瓦斯、温度和人体运动的加速度感知，以实现煤矿井下矿工及其周围环境的主动式安全监控。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，包括电源供应模块、时钟/复位模块、信息采集与处理模块、显示单元、报警单元，所述信息采集与处理模块是以无线单片机为核心电路系统，其特征在于所述无线单片机外接电源供应模块、时钟 /复位模块、报警模块、温度传感器、加速度传感器、瓦斯传感器、显示单元；矿井里部署有 Wi-Fi无线网络节点，所述无线单片机对采集的信息处理后，其内部集成的Wi-Fi射频前端与Wi-Fi无线网络节点通信，将矿工周围的环境信息上传监控中心。所述的基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，其特征在于所述瓦斯传感器采用可燃气传感器。所述的基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，其特征在于所述显示模块是基于OLED技术的液晶显示器，所述报警模块是蜂鸣器，所述时钟/复位模块是时钟/复位按键。本实用新型有益效果体现在本实用新型采用自组网技术，简单实用，对煤矿井下矿工及其周围环境感知具有实用价值，为感知矿山的实现奠定基础。
图1为本实用新型煤矿井下人员安全环境感知终端结构框图。图2为本实用新型电源电路。图3为本实用新型GS1010最小系统电路。图4为本实用新型外围传感器与GS1010接口电路。
具体实施方式
如图1-4所示，基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，包括电源供应模块、时钟/复位模块、信息采集与处理模块、显示模块、报警模块，所述信息采集与处理模块是以无线单片机GS1010为核心电路系统，所述无线单片机GS1010是一个Wi-Fi 无线片上系统，内部集成两个ARM7微控制器、RF收发电路、Wi-Fi射频前端、MAC媒体控制器及基带处理电路，所述无线单片机GS1010外接电源供应模块、时钟/复位模块、报警模块， 所述无线单片机GS1010的I2C-CLK接口、I2C-DATA接口连接温度传感器、加速度传感器， ADCl引脚连接瓦斯传感器，SPI引脚连接显示单元；矿井里部署有Wi-Fi无线网络节点，所述无线单片机GS1010对采集的信息处理后，Wi-Fi射频前端采用IEEE 802.11 b通信协议与Wi-Fi无线网络节点通信，将矿工周围的环境信息上传监控中心。所述瓦斯传感器采用KGS-20型可燃气传感器，瓦斯浓度的变化会导致KGS-20的内部等效电阻变化，进而使KGS-20的输出引脚电压发生变化，电压变化由GS1010的ADCl 引脚输入到其内部A/D进行转换，经标度变换后得到瓦斯浓度值。所述温度传感器采用TMP275，所述TMP275的两线数据线SDA和时钟线SCL兼容 I2C协议，通过I2C通信协议对TMP275进行读写操作。所述的基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，其特征在于所述加速度传感器采用一款三轴低压数字接口的加速度计LIS3LV02DL，通过I2C通信协议对LIS3LV02DL进行读写操作。所述电源供电模块，采用3. 3V和1. 8V两种低压模式，3. 7V AA锂电池经TPS562^1 芯片进行稳压转换后输出1. 8的电压，给GS1010内核供电；经TPS63001芯片进行稳压转换后输出3. 3V的电压，给GS1010的IO 口和传感器供电。 所述显示模块是基于OLED技术的128*64点阵的液晶显示器，所述报警模块是蜂鸣器，所述时钟/复位模块是时钟/复位按键，用来给系统初始化。
权利要求1.基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，包括电源供应模块、 时钟/复位模块、信息采集与处理模块、显示单元、报警单元，所述信息采集与处理模块是以无线单片机为核心电路系统，其特征在于所述无线单片机外接电源供应模块、时钟/ 复位模块、报警模块、温度传感器、加速度传感器、瓦斯传感器、显示单元；矿井里部署有 Wi-Fi无线网络节点，所述无线单片机对采集的信息处理后，其内部集成的Wi-Fi射频前端与Wi-Fi无线网络节点通信，将矿工周围的环境信息上传监控中心。
2.根据权利要求1所述的基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，其特征在于所述瓦斯传感器采用可燃气传感器。
3.根据权利要求1所述的基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，其特征在于所述显示模块是基于OLED技术的液晶显示器，所述报警模块是蜂鸣器，所述时钟/复位模块是时钟/复位按键。
专利摘要本实用新型公开了设置基于Wi-Fi无线传感网络的煤矿井下人员安全环境感知终端，以超低功耗无线单片机为核心，采用加速度传感器、瓦斯传感和温度传感器获取矿工的身体运动情况、矿工周围的瓦斯浓度和温度；无线单片机对采集的信息处理后，通过其内部Wi-Fi射频前端，采用IEEE802.11b通信协议与矿井已部署好的Wi-Fi无线网络节点通信，将矿工周围的环境信息上传监控中心，实现煤矿井下矿工及其周围环境的主动式安全监控。本实用新型采用自组网技术，简单实用，对煤矿井下矿工及其周围环境感知具有实用价值，为感知矿山的实现奠定基础。
文档编号E21F17/18GK202300533SQ20112043142
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者唐超礼, 徐善永, 曲立国, 黄友锐 申请人:安徽理工大学