煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统，首先，在煤矿井下各避难场所中布置无线传感网络的节点，该节点负责收集该避难场所的各种环境参数：包括场所内部的温度、湿度、气压、二氧化碳及其他有害气体的浓度等；其次，在煤矿各采掘水平或采区形成初级汇聚节点，负责对该区域内避难场所的环境参数进行汇总；第三，在井底车场形成井下总汇聚节点，负责汇总煤矿井下所有紧急避难场所的环境参数；第四，将井底车场总汇聚节点的信息传送至煤矿地面监控中心。第五，在进行环境控制时，信号方向可以下行传输，传输路由顺序为以上的逆序过程。本发明在组成无线传感网络时使用了集散式的信息交换结构，采用了混合无线通信协议。
【专利说明】煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统，属于无线测控领域。
【背景技术】
[0002]煤矿井下应急避难场所(包括避难硐室和救生舱)是在煤矿井下发生事故后为无法及时撤离的相关工作人员提供一个安全的密闭空间。在这个空间中，需要对该场所中的环境进行有效和准确的监测和控制，使其能够最大限度地满足舱内人员生存的需要。
[0003]目前，现有的应急避难场所环境的测控方式都是采用单独测控、有线传输(包括金属电缆和光纤传输)。这样的测控方式缺乏整体调节的能力；而有线传输方式在矿井发生灾害时存在传输线路被毁的问题，在矿井发生灾变时，一旦传输线路被毁，避难场所和外界的联系即被切断，使得紧急避难场所的环境调控恶化，救援人员与避难人员的联系中断，从而危及避难人员的生命安全。
【发明内容】
[0004]本发明采用无线传感网络对煤矿紧急避难场所的环境进行监测和调控，使煤矿井下紧急避难场所的环境情况能够在任何情况下都能实时反映到地面监控中心，同时也能将调控信号及时传输到紧急避难系统，从而避免了有线信号传输的问题，实现全天候实时对煤矿井下紧急避难场所的环境情况进行监控和调节。
[0005]本发明是一种基于“集散式无线传感网络”的煤矿紧急避难场所环境测控系统为煤矿井下各种紧急避难场所(包括各种避难硐室和救生舱)提供环境监测和控制的手段，同时也为煤矿救援提供参考。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]首先，在煤矿井下各避难场所中布置无线传感网络的节点，该节点负责收集该避难场所的各种环境参数:包括场所内部的温度、湿度、气压、二氧化碳及其他有害气体的浓度等；
[0008]其次，在煤矿各采掘水平或采区形成初级汇聚节点，负责对该区域内避难场所的环境参数进行汇总；
[0009]第三，在井底车场形成井下总汇聚节点，负责汇总煤矿井下所有紧急避难场所的环境参数；
[0010]第四，将井底车场总汇聚节点的信息传送至煤矿地面监控中心，实现对整个煤矿避难场所的监控。
[0011]第五，在进行环境控制时，信号方向可以下行传输。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中:
[0013]图1为本发明的煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统的原理结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0015]在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
[0016]参考附图1，本发明在系统结构上采用了集散式结构，在通信网络上采用混合式无线通信协议:
[0017]先由各避难场所构成一个传感节点，为整个集散网络的最底层。在该层中，各避难场所的环境数据由传感节点收集，同时各避难场所的环境数据之间可以进行交换和通信，以便能够获知彼此间的环境参数信息。在本层中，各避难场所的环境数据传输协议使用ZigBee协议(通常使用此种无线传输协议，但不限于此)，便于进行低功耗数据传输。
[0018]在同一采区的几个避难场所的环境数据构成集散网络的第二层，该层的传感节点为汇聚节点，负责收集本采区的数据。几个采区之间的数据可以进行数据交换和通信。鉴于在本层已经形成了一个小型网络，因此，各采区间的数据通信采用WiFi通信协议(通常使用此种无线传输协议，但不限于此)。
[0019]各采区数据同样通过WiFi通信协议(通常使用此种无线传输协议，但不限于此)向井底车场汇聚，井底车场形成了整个井下避难场所环境数据的总汇聚节点。
[0020]井底车场在汇聚数据后向煤矿地面的监控中心传输数据，通信协议为GPRS。监控人员和救援人员可以根据井下各避难场所的环境数据确定调节方盒和救援方案。
[0021]进行环境参数的集中调节和控制时，信号的传输方向相反，即首先由地面监控中心发出指令，送达井底车场，然后由井底车场的节点送至各采区的节点，最终送达各避难场所。
[0022]本发明的工作原理如下:
[0023](I)在系统开始工作时，首先由各避难场所的环境参数传感器采集环境参数，经数模转换后将这些参数送入相应的芯片。芯片可以将环境数据存储，如接受到上传指令后即向采区汇聚节点上传，此外也可以与本层间的其他避难场所的环境参数进行交换。
[0024]该芯片除了有数据传输的功能外，还具有运算和控制功能，可根据当前的环境情况发出控制指令。控制芯片有两种工作方式:其一为“就地”，其二为“远程”。“就地”工作模式是根据本避难场所的环境情况进行环境的自动调节；“远程”则是接收上一层网络传来的控制指令进行调节。
[0025]该芯片可以选用任一型号的16位单片机(如MSP430等)。
[0026](2)采区汇聚节点的主要工作是作为信息汇集和中继节点来使用的，有上行和下行两种工作模式。
[0027]上行模式是指采区的汇聚节点将本采区内的环境信息进行汇总，并向上一级汇聚节点(井底车场总汇聚节点)进行传输。
[0028]而下行模式则是指采区的汇聚节点在接收到上一级汇聚节点(井底车场总汇聚节点)的指令后，向本采区内的各避难场所的环境控制设备发出指令。
[0029]采区汇聚节点的传输协议采用WiFi协议(通常使用此种无线传输协议，但不限于此)。
[0030](3)在井底车场总汇聚节点收到环境信息后，可将相关的环境信息传送至煤矿地面监控中心。这部分的传送协议采用GPRS传输协议。煤矿地面监控中心可根据传回的信息进行相应的协调控制，同时相关的人员也可以进行救援工作。
[0031]本发明的无线网络结构为集散式，网络通信协议为混合式。在进行网络构建时，可采用的具体通信协议可采用多种。例如底层也可以使用Wifi通信协议，而中间层可采用ZigBee协议等。
[0032]只要是不同的通信协议构成混合式、集散式的无线通信协议和系统整体结构，使用在煤矿井下紧急避难场所的环境测控中均属于本发明的范围。
[0033]本发明的优点有以下几点:
[0034]1、在传输的介质上采用无线传送方式，避免了电缆被毁后信息不能送达的缺点；
[0035]2、在网络结构上采用集散式结构，既便于底层各避难场所环境信息的交换，也便于地面监控中心能够实时掌握全局；
[0036]3、信息的传送协议采用混合式无线传输协议，对于各层通信的特点予以充分考虑，避免了使用单一通信协议带来的问题。
[0037]以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统，其特征在于: 首先，在煤矿井下各避难场所中布置无线传感网络的节点，该节点负责收集该避难场所的各种环境参数:包括场所内部的温度、湿度、气压、二氧化碳及其他有害气体的浓度等; 其次，在煤矿各采掘水平或采区形成初级汇聚节点，负责对该区域内避难场所的环境参数进行汇总； 第三，在井底车场形成井下总汇聚节点，负责汇总煤矿井下所有紧急避难场所的环境参数； 第四，将井底车场总汇聚节点的信息传送至煤矿地面监控中心，实现对整个煤矿避难场所的监控； 第五，在进行环境控制时，信号方向可以下行传输。
2.如权利要求1所述的煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统，其特征在于: 进行环境参数的集中调节和控制时，信号的传输方向相反，即首先由地面监控中心发出指令，送达井底车场，然后由井底车场的节点送至各采区的节点，最终送达各避难场所。
3.如权利要求2所述的煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统，其特征在于:采用混合式无线通信协议，各避难场所的环境数据传输协议使用ZigBee协议，各采区间的数据通信采用WiFi通信协议。
4.根据权利要求2所述的煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统，其特征在于:各避难场所的环境数据传输协议使用WiFi协议，各采区间的数据通信采用ZigBee通信协议。
5.根据权利要求1或2所述的煤矿紧急避难场所集散式无线传感网络环境测控系统，其特征在于:井底车场在汇聚数据后向煤矿地面的监控中心传输数据，通信协议为GPRS。
【文档编号】E21F17/18GK103696807SQ201310636891
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】姚舜才 申请人:姚舜才