专利名称：一种矿井井下物理环境的监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及矿井下的监测系统，具体是一种基于无线传感网的矿帽图像传输节点和井下复杂物理环境下的监测系统。
背景技术：
在煤矿井下，由于环境复杂，不易布线，各类事故易发。为了有效保护采集人员的生命安全，在矿井中布置各种监控设施，及时的获取矿井中的信息，这样能有效避免人员伤亡事故的发生。在事故发生后及时掌握矿井中的情况，有利于开展应急救援行动，最大程度上保护工作人员生命安全。矿井信息表征包括易燃气体、温湿度、二氧化碳、二氧化硫、大气 压等气体指标，定位信息以及现场的图像信息。地面监控中心对煤矿井的表征信息综合分析处理，才能有效的预防事故以及制定事故处理方案。而在此过程中，有三个主要问题需要解决，第一个问题是解决煤矿井下和井口的信息表征参数的采集；第二个问题是井下工作人员的携带和节点分布问题；第三个问题是监控中心对表征参数处理，存储及报警处理问题。目前，图像参数从煤矿井中向监控中心传输大部分采用有线连接方式。即通过人工布线或者将采集数据直接存储至采集卡中。上述方法存在成本高和需要人工干预处理的缺点。通过对现有的技术搜索发现，中国专利申请号CN102186057A，名为“甜瓜静态图像的无线传输网络装置”，该专利从图像传感器下载图像，暂时缓存，由通信接口按照约定格式经ZigBee信道传输至嵌入式中央处理模块集中存储，然后通过3G理由传回监控中心。中国专利申请号201010151610. 3，名为“一种基于ZigBee的矿井安监传感器网络系统”，该专利提出便携式井下安全检测模块，包括多类型传感器模块，数据采集和处理模块、ZigBee发射模块。通过传感器网络将采集到的环境信息传递至数据处理中心。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种矿井井下物理环境的监测系统，其传输井下物理环境方便，且成本低，通信良好。本发明的技术方案为
一种矿井井下物理环境的监测系统，包括设置于井下依次连接的多个便携式矿帽节点、多个中继路由节点、汇聚节点、远程传输模块和设置于井上与远程传输模块连接的监控中心；所述的便携式矿帽节点包括设置于矿帽内的微处理器，与微处理器连接的传感器、第一无线收发模块和锂电池，所述的传感器依次通过微处理器、第一无线收发模块与中继路由节点连接。所述的矿井井下物理环境的监测系统还包括有设置于井下矿井口的GPS定位节点，GPS定位节点包括GPS定位模块和无线传输模块，所述的GPS定位模块通过无线传输模块与所述的汇聚节点连接。
所述的传感器包括有图像传感器、温度传感器、湿度传感器、大气压传感器、可燃气体传感器、硫化氢传感器和ニ氧化碳传感器。所述的中继路由节点包括有第二无线收发模块。所述的汇聚节点包括第三无线收发模块和有线通讯接ロ，所述的有线通讯接ロ与远程传输模块连接。所述的远程传输模块是由3G路由、Internet或者GPRS模块构成。所述的监控中心是由GSM模块、监测计算机组成。所述的便携式矿帽节点的微处理器上连接有光源、蜂鸣器和集成电源管理音频编解码器；所述的便携式矿帽节点的微处理器直接与远程传输模块连接。
所述的有线通讯接ロ选用RS232接ロ。本发明的优点
本发明将井下物理环境信息通过多跳方式传递至井ロ。井口把GPS信息和井下物理环境信息融合后，通过远程传输模块传递至监控中心。监控中心分析软件通过收集信息分析处理，提前预警，有序撤离，有效的減少事故的发生。且能在事故发生时，通过对收集信息的分析处理，能快速确定事故发生矿井位置，制定应急处理方案，极大的保证了作业人员的井下安全。
图I是本发明的原理框图。图2是本发明便携式矿帽节点的原理框图。
具体实施例方式见图1，ー种矿井井下物理环境的监测系统，包括设置于井下的多个便携式矿帽节点I、多个中继路由节点2、GPS定位节点3、汇聚节点4、远程传输模块5和设置于井上与远程传输模块5连接的监控中心6 ;便携式矿帽节点I依次通过中继路由节点2、汇聚节点4与远程传输模块5连接；GPS定位节点3通过汇聚节点4与远程传输模块5直接连接；且便携式矿帽节点I与远程传输模块5直接连接；
见图2，便携式矿帽节点I包括设置于矿帽内的微处理器7，与微处理器7连接的传感器、第一无线收发模块9、锂电池10、光源11、蜂鸣器12和集成电源管理音频编解码器13 ；传感器包括图像传感器81、温度传感器82、湿度传感器83、大气压传感器84、可燃气体传感器85、硫化氢传感器86和ニ氧化碳传感器87 ;图像传感器81、温度传感器82、湿度传感器83、大气压传感器84、可燃气体传感器85、硫化氢传感器86和ニ氧化碳传感器87均通过微处理器7与第一无线收发模块9连接；锂电池10直接给大气压传感器84、可燃气体传感器85、硫化氢传感器86、ニ氧化碳传感器87、光源11和蜂鸣器12供电；锂电池10通过集成电源管理音频编解码器13转换后给图像传感器81、温度传感器82、湿度传感器83供电。由于传感器输出模拟电压为5V,微处理器的AD米样基准电压仅为3. 3V,故将模拟电压分压后，经采样接ロ采样；
中继路由节点2包括有第二无线收发模块，功能为转发便携式矿帽节点采集的到的数据信息；GPS定位节点3包括GPS定位模块和无线传输模块，GPS定位模块通过无线传输模块与汇聚节点连接，主要功能为对矿井口进行坐标定位，以此区分不同的矿井口 ；汇聚节点4包括第三无线收发模块和RS232接口，RS232接口与远程传输模块连接，功能为将第三无线收发模块接收来的数据，通过RS232接口传输至远程传输模块；远程传输模块5是由3G路由、Internet或者GPRS模块构成，功能为将汇聚后的数据通过该模块传输至监控中心；监控中心6是由GSM模块、监测计算机组成，GSM模块通过USB接口与监控计算机相连，功能为对采集到的数据进行处理，实施报警。本发明的使用原理
(1)、便携式矿帽节点I的微处理器7通 过控制多个传感器采集环境的硫化氢、甲烷、二氧化碳浓度，温湿度，大气压指标并按约定的帧格式通过第一无线收发模块9传出，同时微处理器7通过与图像传感器指令交互，把拍摄好的图像数据按预定帧格式通过第一无线收发模块9传出，然后所有信息集合于多个中继路由节点2上；
(2)、GPS定位节点3获取矿井口坐标定位信息；
(3)、汇聚节点4将GPS定位节点3上的GPS信息和中继路由节点2上的井下物理环境信息融合，然后通过远程传输模块5传输给监控中心6 ；
(4)、监控中心6对数据进行实时处理首先判断接收数据是否超标，当数据超标时对比专家数据数库，提示解决方案，并依照设定阈值向作业员发送报警指示，即通过远程传输模块5将报警信息传输给便携式矿帽节点I上的光源11和蜂鸣器12通知井下作业人员，最后将相关接收数据和报警信息按照约定类型存入不同的数据库中。由于图像数据量大，对接收的图像约定信息存储与文本文件中，一帧图像接收完成后，生成图像，并存储至图像数据库，工作人员可以通过设定浏览时间或者按钮浏览采集图像数据。设定每个节点三分钟发送一帧心跳包，通过心跳包的信号强度生成拓扑结构和预测节点间的距离。曲线分析是对一段时间表征信息进行分析，预测环境的变化情况以及电池的剩余电量。当处理数据超出指标时，直接存入报警数据库中，供用户回查。组网时在事故易发点、信号强度较弱点，应放置路由器来保证良好通信。
权利要求
1.ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于包括设置于井下依次连接的多个便携式矿帽节点、多个中继路由节点、汇聚节点、远程传输模块和设置于井上与远程传输模块连接的监控中心；所述的便携式矿帽节点包括设置于矿帽内的微处理器，与微处理器连接的传感器、第一无线收发模块和锂电池，所述的传感器依次通过微处理器、第一无线收发模块与中继路由节点连接。
2.根据权利要求I所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的矿井井下物理环境的监测系统还包括有设置于井下矿井口的GPS定位节点，GPS定位节点包括GPS定位模块和无线传输模块，所述的GPS定位模块通过无线传输模块与所述的汇聚节点连接。
3.根据权利要求I所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的传感器包括有图像传感器、温度传感器、湿度传感器、大气压传感器、可燃气体传感器、硫化氢传感器和ニ氧化碳传感器。
4.根据权利要求I所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的中继路由节点包括有第二无线收发模块。
5.根据权利要求I所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的汇聚节点包括第三无线收发模块和有线通讯接ロ，所述的有线通讯接ロ与远程传输模块连接。
6.根据权利要求I所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的远程传输模块是由3G路由、Internet或者GPRS模块构成。
7.根据权利要求I所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的监控中心是由GSM模块、监测计算机组成。
8.根据权利要求I所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的便携式矿帽节点的微处理器上连接有光源、蜂鸣器和集成电源管理音频编解码器；所述的便携式矿帽节点的微处理器直接与远程传输模块连接。
9.根据权利要求5所述的ー种矿井井下物理环境的监测系统，其特征在于所述的有线通讯接ロ选用RS232接ロ。
全文摘要
本发明公开了一种矿井井下物理环境的监测系统，包括设置于井下依次连接的多个便携式矿帽节点、多个中继路由节点、汇聚节点、远程传输模块和设置于井上与远程传输模块连接的监控中心；便携式矿帽节点包括设置于矿帽内的微处理器，与微处理器连接的传感器、第一无线收发模块和锂电池，传感器依次通过微处理器、第一无线收发模块与中继路由节点连接。本发明将GPS信息和井下物理环境信息融合后，通过远程传输模块传递至监控中心，监控中心分析软件通过收集信息分析处理，提前预警，有序撤离，有效的减少事故的发生。且能在事故发生时，快速确定事故发生矿井位置，制定应急处理方案，极大的保证了作业人员的井下安全。
文档编号E21F17/18GK102852554SQ20121012490
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者胡艳军, 仇乐乐, 许耀华 申请人:安徽大学