一种双向传输及多显示功能的矿井监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种矿井监测系统，具体涉及一种双向传输及多显示功能的矿井监测系统，包括传感器节点1、簇头2、汇聚节点3、基站和上位监控主机。本实用新型在井下的各巷道中部署适量的集成传感器节点，在每个巷道中设置一个簇头，该簇头接收本巷道中其他传感器节点采集到的数据和并向本巷道其他传感器节点发送来自控制终端的指令，在主巷道线路里设置汇聚节点，汇聚节点接收来自各簇头上传的数据并向井口的基站发送相应数据，同时也可接受指令。在矿井的入口处安装一个基站，该控制终端采用固定式的计算机和移动通信设备并用。本实用新型不仅提高了监控数据传输的稳定性和准确性，还可实现计算机和移动通信设备的同步监控，方便了监控人员。
【专利说明】
一种双向传输及多显示功能的矿井监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种矿井监测系统，具体涉及一种双向传输及多显示功能的矿井监测系统。
【背景技术】
[0002]在地下矿产的开采过程中，为保障安全生产，矿内配有专职人员携带仪器定时到井下测量和了解井下各种环境参数、安全隐患等情况来加强对现场地质和环境的监测；为合理调度指挥，相关人员要经常深入现场，了解开采进度及人员位置信息等以便调度和管理。随着技术的发展，传统的地下矿产监测系统只是在矿井的巷道内铺设通信线路，简单的将预先设定好的监测数据传送到监控中心，可是随着矿井的不断开采，井下的巷道将不断延伸和改变，将对这种通信线路的延伸和维护提出更高的要求。此外，如果矿井巷道塌方或者其他原因而损坏了线路，这将带来不可估计的损失。就目前的这种监测系统看，井下的普通传感器节点只能采集和处理数据向监控中心发送，而不能接受来至井上监控中心发出的任务指令。同时因为监控中心的固定，当相关人员观察疲劳，短暂离开岗位或者信息传输时延时，会导致井下传送上的信息得不到及时的处理而延误突发事件的紧急处理。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种设计合理、安全高效、工作性能稳定且使用效果好的双向传输及多显示功能的矿井监测系统。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是；
[0005]—种双向传输及多显示功能的矿井监测系统，包括传感器节点，该传感器节点包括用于采集数据的传感器、第一处理器、用于调制解调和将数据传送给簇头的第一无线通信装置、第一电源装置、报警装置和监控摄像头，传感器、报警装置和监控摄像头分别与第一处理器连接，第一处理器与第一无线通信装置连接；
[0006]簇头，该簇头包括与第一处理器双向通信的第二处理器、用于调制解调和接收传感器节点发送的数据以及将数据传送给汇聚节点的第二无线通信装置，该第二无线通信装置与第二处理器连接，所述第二无线通信装置与第一无线通信装置无线连接；
[0007]汇聚节点，该汇聚节点包括与第二处理器双向通信的第三处理器、用于调制解调和接收簇头发送的数据以及将数据传送给井口基站的第三无线通信装置，该第三无线通信装置与第三处理器连接，所述第三无线通信装置与第二无线通信装置无线连接；
[0008]井口基站，该井口基站包括与第三处理器双向通信的第四处理器、用于调制解调和接收汇聚节点发送的数据以及将数据传送给上位监控主机的第四无线通信装置，该第四无线通信装置与第四处理器连接，所述第四无线通信装置与第三无线通信装置无线连接；
[0009]上位监控主机，该上位监控主机并包括计算机和移动通信设备，该上位监控主机与所述第四处理器连接；
[0010]井下基站，该井下基站包括与第三处理器双向通信的第五处理器、用于调制解调和接收汇聚节点发送的数据以及将数据传送给井下移动通信设备的第五无线通信装置，该第五无线通信装置与第五处理器连接，所述第五无线通信装置与第三无线通信装置无线连接，第五处理器与井下移动通信设备连接。
[0011 ] 进一步地，所述传感器包括温湿度传感器、振动传感器、粉尘传感器、人员定位传感器、裂痕监测传感器和感烟火探测传感器。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]本实用新型在井下的各巷道中合理部署适量的集成传感器节点，节点间相互形成自组网式的网络拓扑结构，以便增强网络的稳定性和数据传输的准确性。在每个巷道中设置一个簇头，该簇头接收本巷道中其他传感器节点采集到的数据和并向本巷道其他传感器节点发送来自控制终端的指令，各巷道簇头起到中继的作用。在主巷道线路里设置汇聚节点，汇聚节点接收来自各簇头上传的数据并向井口的基站发送相应数据，同时也可接受指令。在矿井的入口处安装一个具有网关功能的基站，该基站连接着井下汇聚节点无线网与井上以太网和无线局域网，2G/3G公网等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换。控制终端采用固定式的计算机和移动通信设备并用，在计算机中安装好可视化的Linux编程软件，移动通信设备终端置入与电脑有着相同功能的APP软件，计算机和移动通信设备既可以接受来自基站上传的数据，也可以根据井上管理人员的需求发出对传感器节点的任务指令。基站到监控终端之间设有有线和无线传输，有线采用光纤传输将数据经过光交换机后送达管理中心，无线采用无线通信终端与井口的基站进行无线相连，将数据传送无线通信设备界面上。此时，手机和计算机收到的数据是统一的。只是计算机是固定在一个位置，而无线通信设备是可以在井上范围内进行移动式的控制。本实用新型不仅提高了监控数据传输的稳定性和准确性，还可实现计算机和移动通信设备的同步监控，方便了监控人员。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图。
[0015]图2为本实用新型的传感器节点示意图。
[0016]图3为本实用新型的簇头节点示意图。
[0017]图4为本实用新型的汇聚节点示意图。
[0018]图5为本实用新型的进口基站示意图。
[0019]图6为本实用新型的井下基站示意图。
[0020]图7为本实用新型的指令控制框图。
[0021]图中:1、传感器节点2、簇头 3、汇聚节点 4、井口基站 5、井下基站
11、传感器 12、第一处理器 13、第一无线通信装置 14、报警装置 15、监控摄像头 16、第一电源装置 21、第二处理器 22、第二无线通信装置 23、第二电源装置 31、第三处理器 32、第三无线通信装置 33、第三电源装置 41、第四处理器 42、第四无线通信装置 43、第四电源装置 51、第五处理器 52、第五无线通信装置 53、第五电源装置。
【具体实施方式】
[0022]如果所示，本实用新型包括传感器节点1、簇头2、汇聚节点3、基站和上位监控主机。
[0023]所述传感器节点I包括用于采集数据的传感器11、用于数据发送和接收的第一处理器12、用于调制解调和将数据传送给簇头的第一无线通信装置13、第一电源装置16、报警装置和监控摄像头，传感器、报警装置14和监控摄像头15分别与第一处理器连接，第一处理器与第一无线通信装置连接，所述第一处理器采用低功耗的64位微控制器。所述传感器包括温湿度传感器、振动传感器、粉尘传感器、人员定位传感器、裂痕监测传感器和感烟火探测传感器，上述传感器分别与第一处理器连接。
[0024]所述簇头2包括与第一处理器双向通信的第二处理器21、用于调制解调和接收传感器节点发送的数据以及将数据传送给汇聚节点的第二无线通信装置22及第二电源装置23，该第二无线通信装置与第二处理器连接，所述第二无线通信装置与第一无线通信装置无线连接。
[0025]所述汇聚节点3包括与第二处理器双向通信的第三处理器31、用于调制解调和接收簇头发送的数据以及将数据传送给井口基站的第三无线通信装置32及第三电源装置33，该第三无线通信装置与第三处理器连接，所述第三无线通信装置与第二无线通信装置无线连接。
[0026]所述基站包括井口基站4和井下基站5。该井口基站包括与第三处理器双向通信的第四处理器41、用于调制解调和接收汇聚节点发送的数据以及将数据传送给上位监控主机的第四无线通信装置42及第四电源装置43，该第四无线通信装置与第四处理器连接，所述第四无线通信装置与第三无线通信装置无线连接;所述井下基站包括与第三处理器双向通信的第五处理器51、用于调制解调和接收汇聚节点发送的数据以及将数据传送给井下移动通信设备的第五无线通信装置52和第五电源装置53，该第五无线通信装置52与第五处理器连接，所述第五无线通信装置与第三无线通信装置无线连接，第五处理器与井下移动通信设备连接。所述井下移动通信设备为智能手机。
[0027]所述上位监控主机并包括计算机和移动通信设备，该上位监控主机与所述第四处理器连接。所述移动通信设备为智能手机。计算机采用可视化的Linux编程软件设计，Linux编程软件安装在电脑上用于接收正常的串口数据，并能流畅在显示在客户端的屏幕上，还可发送相应指令控制井下传感器节点的工作模式。智能手机终端可置入与电脑有着相同功能的APP软件，方便相关人员在井上任意范围内移动式的控制和接收井下的数据传输情况。
[0028]本实用新型在井下的各巷道中合理部署适量的集成传感器节点，节点间相互形成自组网式的网络拓扑结构，以便增强网络的鲁棒性和数据传输的准确性。在每个巷道中设置一个簇头，该簇头接收本巷道中其他传感器节点采集到的数据和并向本巷道其他传感器节点发送来自控制终端的指令，各巷道簇头起到中继的作用。在主巷道线路里设置汇聚节点，汇聚节点接收来自各簇头上传的数据并向井口基站发送相应数据，同时也可接受指令。在矿井的入口处安装一个具有网关功能的基站，该基站连接着井下汇聚节点无线网与井上以太网和无线局域网，2G/3G公网等外部网络，实现两种协议栈之间的通信协议转换。控制终端采用固定式的计算机和移动式的智能手机并用，在计算机中安装好可视化的Linux编程软件，移动式智能手机终端置入与电脑有着相同功能的APP软件，计算机和手机既可以接受来自基站上传的数据，也可以根据井上管理人员的需求发出对传感器节点的任务指令。基站到监控终端之间设有有线和无线传输，有线采用光纤传输将数据经过光交换机后送达管理中心，无线采用手机终端与井口的基站进行无线相连，将数据传送到用手机键面上。此时，手机和计算机收到的数据是统一的。只是计算机是固定在一个位置，而手机是可以在井上范围内进行移动式的控制。
[0029]在使用时，我们可以点击计算机或手机终端上接收数据的按钮，此时，井下的传感器节点开始每隔5秒采集一次设定的数据，如采集矿井开采过程中巷道内的温湿度，采集矿井中爆破矿石以后巷道墙壁的裂痕大小，通过巷道中布置的传感器锚节点与矿工身体上携带的目标节点在一定范围内对接的形式，采集确定矿井中工作人员的位置信息，实现井下人员定位等，将各传感器节点采集的数据向巷道簇头发送数据，簇头传感器节点收到数据以后，经处理，如果发现事故隐患或者参数超过预先设定的阀值，簇头传感器节点边向汇聚节点传送数据边响起警报，首先提醒井下的矿工引起注意，然后汇聚节点将数据送到井口基站，基站再通过有线方式传到计算机上进行显示，也可通过无线将数据传送到手机上显示，相关人员看到控制终端的警报信息后，再作出相应的处理措施。以上数据传输如果正常，则继续正常接收数据。如果在某时段内，某些数据而不需要全部的传感器节点采集数据，此时，可以按下计算机或手机上的发送指令按键，工作人员发出相应的指令后，井下的传感器模块接收到指令后，不需要采集任务的传感器节点就可以暂时处于休眠状态，而处于工作的传感器节点继续采集相应的数据，并向上传输。当该任务结束时，可以随时调用指令唤醒某个休眠的节点进入下一个工作周期，采用这种方式采集数据，可以节省传感器节点的能量消耗。当可调360度角的监控摄像头接收到独立指令后，它首先调整摄像头的角度，然后缩放镜头调整焦距，当图片达到一定清晰度时会分时闪光拍照，然后进行数据处理，并向上传送。综上所述，该实用新型采用先进的全方位监测系统技术，可以对井下预设的物理参数进行实时的反应，从而保证矿井的安全生产。
【主权项】
1.一种双向传输及多显示功能的矿井监测系统，其特征在于:包括传感器节点，该传感器节点包括用于采集数据的传感器、第一处理器、用于调制解调和将数据传送给簇头的第一无线通信装置、第一电源装置、报警装置和监控摄像头，传感器、报警装置和监控摄像头分别与第一处理器连接，第一处理器与第一无线通信装置连接； 簇头，该簇头包括与第一处理器双向通信的第二处理器、用于调制解调和接收传感器节点发送的数据以及将数据传送给汇聚节点的第二无线通信装置，该第二无线通信装置与第二处理器连接，所述第二无线通信装置与第一无线通信装置无线连接； 汇聚节点，该汇聚节点包括与第二处理器双向通信的第三处理器、用于调制解调和接收簇头发送的数据以及将数据传送给井口基站的第三无线通信装置，该第三无线通信装置与第三处理器连接，所述第三无线通信装置与第二无线通信装置无线连接； 井口基站，该井口基站包括与第三处理器双向通信的第四处理器、用于调制解调和接收汇聚节点发送的数据以及将数据传送给上位监控主机的第四无线通信装置，该第四无线通信装置与第四处理器连接，所述第四无线通信装置与第三无线通信装置无线连接； 上位监控主机，该上位监控主机并包括计算机和移动通信设备，该上位监控主机与所述第四处理器连接； 井下基站，该井下基站包括与第三处理器双向通信的第五处理器、用于调制解调和接收汇聚节点发送的数据以及将数据传送给井下移动通信设备的第五无线通信装置，该第五无线通信装置与第五处理器连接，所述第五无线通信装置与第三无线通信装置无线连接，第五处理器与井下移动通信设备连接。2.根据权利要求1所述的一种双向传输及多显示功能的矿井监测系统，其特征在于:所述传感器包括温湿度传感器、振动传感器、粉尘传感器、人员定位传感器、裂痕监测传感器和感烟火探测传感器。
【文档编号】G08C17/02GK205541359SQ201520905467
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年11月13日
【发明人】张艳
【申请人】赣南师范学院