专利名称：Crs井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统的制作方法
技术领域：
“C”代表“瓦斯(甲烷CH4)检测超值报警”、“R”代表“人员定位”、“S”代表“紧急呼救”，本发明涉及“瓦斯检测超值报警”、人员定位”、及“紧急呼救”为一体的中小型采矿业
管理系统，适合各类井下采矿业管理的需要。
背景技术：
我国原煤炭部，于1994年发布文件，作为4项安全装备之一，推广使用瓦斯报警矿灯。2006年，国家煤矿安全监察局在网上公布了关于蝶矿安全监控系统及瓦斯报警灯AQ标准征求意见稿，其中规定井工煤矿的“采掘工、打眼工、在回风流工作人员宜使用瓦斯报警灯”。我国煤矿伤亡事故70%以上来自瓦斯，近年在清理、关闭混乱的小煤窑之后，逐渐步入理性和科学的治理瓦斯轨道，瓦斯报警矿灯作为煤矿防治瓦斯的重要补充手段。近十几年来，由于缺乏统一规划、指导和统一标准，瓦斯报警矿灯形成30多家小厂和专业厂、院所的无序竞争，均因起点不高、技术工艺落后而未形成规模效益。目前国内矿山安全和生产监测等各种信息的采集和传输网络，基本上都是分支树型的主从式结构。在控制中心设置主站，井下现场设置多个测控分站，分站与每个传感器之间分别铺设专用电缆，信息通过模拟信号传输。分站采集信息并转换成数字方式后传送给主站。存在传感器接入不灵活，在矿山开采工作面跟进不方便等缺点，成为监控信息采集和传输的瓶颈。井下特别是工作面移动生产设备多，工作条件复杂，用传统方式对工作面安全参数进行监测，需要铺设大量电缆，这些电缆随着开采工作面的推进不断移动，经常会被砸断，影响监测连续性，维护也十分不便，因此现有的井下监测系统对关键参数的采集深度和广度不够。对于安全生产的监管来说，信息快速、实时的收集非常重要，但当前矿山企业管理部门，信息化装备十分落后，多数还是传统的人工管理，有些甚至根本不具备计算机报送数据的能力。虽然在20世纪80年代初期，我国先后从国外引进了数十套监控系统，在吸收国际先进技术的基础上，相继出现了仿制国外的监控系统，但是这些系统仍存在着不同程度的问题。
发明内容
本发明CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，在多功能矿灯内装有瓦斯(甲烷CH4)浓度检测装置，实时检测瓦斯值，在矿灯供电的电池盒内，装有Zig bee无线通信模块及2.4G天线及匹配电路，能将矿灯内测得的瓦斯(甲烷CH4)浓度实测值及超值报警信号向外发送，同时将该矿灯持有人的定位信息也向外发送，必要时矿灯持有人触发SOS求救按钮时，能将SOS求救信号也通过Zig bee无线通信模块及2.4G天线向外发送。本发明CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，主要实现瓦斯(甲烷CH4)浓度实时上传和超值报警；井下人员定位；紧急呼救(简称S0S)及矿灯照明采用LED灯。
本发明CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，矿工头上戴的安全工作帽，上面装有多功能矿灯，多功能矿灯内的“Zig bee无线通信模块”与二个以上(包括二个)的“Zig bee无线固定节点”，就能自动建成一组2.4G无线网络，也能进行人员定位，就能确定这位矿工在井下的位置，2.4G频率的Zig bee无线通信只能在< 50M的范围内进行通信联络，在坑道内及采矿工作面上进行通信联络，我们采用把Zig bee的2.4G频率，通过“Zig bee转433M网关”转变为433M的通信方式，这样传输信号的距离能达1000M，如果再要远传，只要中间加一个“433M中继器”，就能传输更远的距离，再通过“433M转W1-Fi网关”，用“W1-Fi ”方式连接到“光纤传输设备”，通过光纤连接到井上的“光纤传输设备”，再用网线连接到矿山监控管理控制室内装有监控管理用的电脑设备上，就能对外连接“ Internet ”网络。当矿工结束工作回到地面后，值班人员手持“校调”红外摇控器，对多功能矿灯中报警点校正电路15中的报警极限值进行常规调整，为下一次工作做好准备，从而确保生产使用安全。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案:1、在多功能矿灯供电的电池盒内，装有Zig bee无线通信模块通过天线发射的
2.4G无线信号，与井下坑道内及采矿工作面上的二个以上(包括二个)的Zig bee无线固定节点，就能自动建成一组2.4G的无线网络。2、由于2.4G的无线网络信号传输距离不会太远，只能< 50M的范围内进行通信联络，在坑道内及采矿工作面上进行通信联络，我们采用“Zig bee转433M网关”，实现频率转换，把2.4G信号经过变频为433M的频率进行传输，这样传输信号的距离能达1000M，如果再要远传，只要中间加一个“433M中继器”，就能传输更远的距离，因此，实时检测瓦斯的信息、人员定位信息及有紧急呼救时的呼救信息通过已建成的2.4G无线网络，向“Zig bee转433M网关”、“433M中继器”及“433M转W1-Fi网关”随时无线传输这些信息。3、“433M转W1-Fi网关”通过“Wi_Fi ”无线方式连接到光纤传输设备，再通过光纤连接到井上矿山监控管理控制室内的电脑设备，然后对外连接“ Internet ”网络。有益效果本发明与现有技术产品相比:1、人员定位:在多功能矿灯供电的电池盒内，装有Zig bee无线通信模块及2.4G天线匹配电路，与井下坑道内及采矿工作面上的二个以上(包括二个)的Zig bee无线固定节点，就能自动建成一组2.4G的无线网络，将该矿灯持有人的定位信息向外发送。2、多功能矿灯内测得的瓦斯(甲烷CH4)浓度实测值及超值报警信号，通过Zigbee无线通信模块及2.4G天线匹配电路向外发送。3、矿灯持有人触发SOS求救按钮时，能将SOS求救信号也通过Zig bee无线通信模块及2.4G天线向外发送。4、通过“Zig bee转433M网关”、“433M中继器”、“433M转W1-Fi网关”，能将人员定位信息、多功能矿灯内测得的瓦斯(甲烷CH4)浓度实测值及超值报警信号及矿灯持有人SOS求救信号，向井上矿山监控管理控制室发送，也能通过控制室的“Internet”网络发送信息。
附图1为CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统结构示意图附图2为多功能矿灯结构方框图附图3为Zig bee转433M网关结构方框图附图4为433M中继器结构方框图附图5为433M转W1-Fi网关结构方框图
具体实施例方式1.图1给出CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统结构，由井上矿山监控管理控制室内装有监控管理用的电脑设备(I)、光纤(2)、光纤传输接口(3)、矿工头上带的多功能矿灯(4)、Zig bee无线固定节点(5)、433M转W1-Fi网关(6)、433M信号中继器(7)、Zig bee转433M网关⑶组成。2.图2给出多功能矿灯结构，由瓦斯传感器(9)、信号放大器(10)、自检按钮
(11)、中央信号处理器(12)、zig bee无线通信模块(13)、2.4G天线及匹配电路(14)、报警点校正电路(15)、灯光报警电路(16)、呼救信号触发电路(17)、呼救按钮(18)、控制开关
(19)、大灯(20)、小灯(21)、关灯(22)、电池组(23)、电源稳压电路(24)、控制开关(19)、LED驱动电路(25)构件组成。3.图3给出Zig bee转433M网关结构，CC2430无线模块(26)、2.4G天线及匹配电路(27)、频率转换处理芯片( 28)、433M天线及匹配电路(29)、TA4432无线模块(30)构件组成。4.图4给出433M中继器结构，由频率转换处理芯片I (31)、433M天线及匹配电路(32)、TA4432无线模块(33)、构件组成。5.图5给出433M转W1-Fi网关结构，由TA4432无线模块(34)、433M天线及匹配电路(35)、频率转换处理芯片2(36)、485总线(37)、Marvel 188W8686无线模块(38)、W1-Fi天线及匹配电路(39)构件组成。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案:1、一种CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，由井上矿山监控管理控制室内装有监控管理用的电脑设备(I)、光纤(2)、光纤传输接口(3)、矿工头上带的多功能矿灯(4)、Zig bee无线固定节点(5)、433M转W1-Fi网关(6)、433M信号中继器(7) ,Zig bee转433M网关(8)组成。2、本发明的一个实施例为:矿工头上带的多功能矿灯(4)与Zig bee无线固定节点(5)自动组成一组无线网络，用无线方式连接到Zig bee转433M网关(8)，再用无线方式连接到433M信号中继器(7)，通过W1-Fi无线方式连接到433M转W1-Fi网关￠)，再连接到井下坑道内的用光纤传输接口(3)，通过光纤(2)连接到井上光纤传输接口(3)，再接入矿山监控管理控制室内装有监控管理用的电脑设备(I)中，能对外连接“Internet”网络。3、一种CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，矿工头上带的多功能矿灯
(4)由瓦斯传感器(9)、信号放大器(10)、自检按钮(11)、中央信号处理器(12)、Zig bee无线通信模块(13)、2.4G天线及匹配电路(14)、报警点校正电路(15)、灯光报警电路(16)、呼救信号触发电路(17)、呼救按钮(18)、控制开关(19)、大灯(20)、小灯(21)、关灯(22)、电池组(23)、电源稳压电路(24)、控制开关(19)、LED驱动电路(25)构件组成。4、本发明的一个实施例为:多功能矿灯⑷中电池组(23)连接到电源稳压电路
(24)，通过电源稳压电路(24)依次与瓦斯传感器(9)、信号放大器(10)、中央信号处理器
(12)、无线通信模块(13)、灯光报警电路(16)、呼救信号触发电路(17)、LED驱动电路(25)相连。5、本发明的一个实施例为:多功能矿灯⑷中瓦斯传感器(9)连接信号放大器
(10)连接中央信号处理器(12)，中央信号处理器(12)分别与Zig bee无线通信模块(13)、报警点校正电路(15)、灯光报警电路(16)、呼救信号触发电路(17)相连。6、本发明的一个实施例为:多功能矿灯(4)中瓦斯传感器(9)的实测值通过信号放大器(10)通过中央信号处理器(12)由Zig bee无线通信模块(13)通过2.4G天线及匹配电路(14)向外发送瓦斯实测信号，当中央信号处理器(12)接收到瓦斯实测值超限时，一路通过灯光报警电路(16)使大灯(20)闪亮，另一路通过Zig bee无线通信模块(13)、2.4G天线及匹配电路(14)向外发送瓦斯报警信号。7、本发明的一个实施例为:多功能矿灯⑷中LED驱动电路(25)连接控制开关
(19)由矿工手动操作，连接大灯(20)、小灯(21)和关灯(22)。8、本发明的一个实施例为:多功能矿灯⑷中矿工按动呼救按钮(18)使呼救信号触发电路(17)接通中央信号处理器(12)向Zig bee无线通信模块(13)通过2.4G天线及匹配电路(14)向外发送SOS求救信号，并使矿灯处于节能模式下运行，以节约电池组(23)用电，移长电池组使用时间。9、本发明的另一个实施例为:Zig bee转433M网关⑶由CC2430无线模块(26)、
2.4G天线及匹配电路(27)、频率转换处理芯片(28)、433M天线及匹配电路(29)、TA4432无线模块(30)构件组成，CC2430无线模块(26)分别与2.4G天线及匹配电路(27)与频率转换处理芯片(28)相连，频率转换处理芯片(28)连至TA4432无线模块(30)，再连至433M天线及匹配电路(29)。10、本发明的另一个实施例为:433M信号中继(7)，由频率转换处理芯片1(31)、433M天线及匹配电路(32)、TA4432无线模块(33)、构件组成，频率转换处理芯片1(31)连至TA4432无线模块(33)，再连至433M天线及匹配电路(32)。11、本发明的另一个实施例为:433M转W1-Fi网关(6)，由TA4432无线模块(34)、433M天线及匹配电路(35)、频率转换处理芯片2 (36)、485总线(37)、Marvel 188W8686无线模块(38) ,W1-Fi天线及匹配电路(39)构件组成，其TA4432无线模块(34)分别与433M天线及匹配电路(35)、频率转换处理芯片2(36)相连，频率转换处理芯片2(36)分别与485总线(37)、Marvell88W8686无线模块(38)相连，Marvel 188W8686无线模块(38)再连至W1-Fi天线及匹配电路(39)。显而易见，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形的机构，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形的增加某些连接等型式。以上只是对本发明技术方案和实施例的描述，而不是对本申请技术方案的限定，显然实现本发明创造有多种形式，本领域的技术人员可以根据本申请权利要求所限定的内容和精神作出各种改进。
权利要求
1.一种CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，由井上矿山监控管理控制室内装有监控管理用的电脑设备(I)、光纤(2)、光纤传输接口(3)、矿工头上带的多功能矿灯(4)、Zig bee无线固定节点(5)、433M转W1-Fi网关(6)、433M信号中继器(7) ,Zig bee转433M网关(8)组成，其特征是:矿工头上带的多功能矿灯(4)与Zig bee无线固定节点(5)自动组成一组无线网络，用无线方式连接到Zig bee转433M网关(8)，再用无线方式连接到433M信号中继器(7)，通过W1-Fi无线方式连接到433M转W1-Fi网关￠)，再连接到井下坑道内的用光纤传输接口(3)，通过光纤(2)连接到井上光纤传输接口(3)，再、用网线接入矿山监控管理控制室内装有监控管理用的电脑设备(I)中，能对外连接“Internet”网络。
2.根据权利要求1所述的CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，矿工头上带的多功能矿灯⑷由瓦斯传感器(9)、信号放大器(10)、自检按钮(11)、中央信号处理器(12)、Zig bee无线通信 模块(13)、2.4G天线及匹配电路(14)、报警点校正电路(15)、灯光报警电路(16)、呼救信号触发电路(17)、呼救按钮(18)、控制开关(19)、大灯(20)、小灯(21)、关灯(22)、电池组(23)、电源稳压电路(24)、控制开关(19)、LED驱动电路(25)构件组成，其特征是:电池组(23)连接到电源稳压电路(24)，通过电源稳压电路(24)依次与瓦斯传感器(9)、信号放大器(10)、中央信号处理器(12)、无线通信模块(13)、灯光报警电路(16)、呼救信号触发电路(17)、LED驱动电路(25)相连。
3.根据权利要求2所述的多功能矿灯(4)中瓦斯传感器(9)连接信号放大器(10)连接中央信号处理器(12)，中央信号处理器(12)分别与Zig bee无线通信模块(13)、报警点校正电路(15)、灯光报警电路(16)、呼救信号触发电路(17)相连。
4.根据权利要求2所述的多功能矿灯(4)中瓦斯传感器(9)的实测值通过信号放大器(10)通过中央信号处理器(12)由Zig bee无线通信模块(13)通过2.4G天线及匹配电路(14)向外发送瓦斯实测信号，当中央信号处理器(12)接收到瓦斯实测值超限时，一路通过灯光报警电路(16)使大灯(20)闪亮，另一路通过Zig bee无线通信模块(13)、2.4G天线及匹配电路(14)向外发送瓦斯报警信号。
5.根据权利要求2所述的多功能矿灯⑷中LED驱动电路(25)连接控制开关(19)由矿工手动操作，连接大灯(20)、小灯(21)和关灯(22)。
6.根据权利要求2所述的多功能矿灯(4)中矿工按动呼救按钮(18)使呼救信号触发电路(17)接通中央信号处理器(12)向Zig bee无线通信模块(13)通过2.4G天线及匹配电路(14)向外发送SOS求救信号，并使矿灯处于节能模式下运行，以节约电池组(23)用电，移长电池组使用时间。
7.根据权利要求1所述的CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，Zigbee转433M网关(8)由CC2430无线模块(26)、2.4G天线及匹配电路(27)、频率转换处理芯片(28)、433M天线及匹配电路(29)、TA4432无线模块(30)构件组成，其特征是:CC2430无线模块(26)分别与2.4G天线及匹配电路(27)与频率转换处理芯片(28)相连，频率转换处理芯片(28)连至TA4432无线模块(30)，再连至433M天线及匹配电路(29)。
8.根据权利要求1所述的CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，433M信号中继⑵，由频率转换处理芯片I (31)、433M天线及匹配电路(32)、TA4432无线模块(33)、构件组成，其特征是:频率转换处理芯片I (31)连至TA4432无线模块(33)，再连至433M天线及匹配电路(32)。
9.根据权利要求1所述的CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，433M转W1-Fi网关(6)，由TA4432无线模块(34)、433M天线及匹配电路(35)、频率转换处理芯片2(36)、485总线(37) ,Marvel 188W8686无线模块(38) ,W1-Fi天线及匹配电路(39)构件组成，其特征是:TA4432无线模块(34)分别与433M天线及匹配电路(35)、频率转换处理芯片2 (36)相连，频率转换处理芯片2 (36)分别与485总线(37) ,Marvel 188W8686无线模块(38)相连，Marvel 188W8686无线 模块(38)再连至W1-Fi天线及匹配电路(39)。
全文摘要
CRS井下瓦斯检测和人员定位及紧急呼救系统，主要实现瓦斯(甲烷CH4)浓度实时上传和超值报警、井下人员定位、紧急呼救(简称SOS)为一体的中小型采矿业管理系统，矿工在井下通过多功能矿灯内的“Zig bee无线通信模块”与二个以上(包括二个)的“Zig bee无线固定节点”，就能自动建成一组2.4G无线网络，将瓦斯信息、人员定位信息、紧急呼救信息，通过“Zig bee转433M网关”、“433M中继器”、“433M转Wi-Fi网关”、“光纤传输设备”、“光纤”再用网线连接到矿山监控管理控制室内装有监控管理用的电脑设备上，就能对外连接“Internet”网络。
文档编号H04W4/02GK103118324SQ20111038527
公开日2013年5月22日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者金更明 申请人:金更明