一种基于wsn技术的煤矿安全监测管理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，其特征在于，包括机体、底座、侧座、设于机体内的电源接口、传感器、处理器、存储器、收发器、蜂窝天线及超高频天线，所述底座设于所述机体底部，所述底座两侧对称设有侧座，所述电源接口、传感器、处理器、存储器、收发器、蜂窝天线及超高频天线从所述机体水平方向依次设置。本发明可以实时对矿井下的瓦斯、二氧化碳浓度以及井下湿度等参数进行收集，并及时传送到矿井上面，防止危险发生；采用无线连接，避免了大量的布线成本和后期维护成本；通过节点间的多跳连接，使布设范围不受单节点传输距离的影响；采用的自组织网络，任何节点的损坏都不影响系统的正常运转，提高了稳定性。
【专利说明】一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，我国的煤矿事故时常发生，一旦出现重大煤矿事故，不仅失去大量矿工人员的生命，而且还给煤矿企业和国家带来一定的负面影响。我国现有的煤矿井下的检测系统还是传统的有线检测系统，这种检测系统存在着一系列的弊端，比如说，它只能在矿井扩宽的场域方便使用，而在那些工人作业的采煤区域还不能够完全地有效使用。有线监控系统由于本身受布线区域的限制，当某一结点出现故障，会使局部区域失去监测能力；并且有线检测系统还存在布线复杂、监测点和网络结构相对固定，灵活性不足且扩展性差，系统部署和维护成本高等缺点。现有的有线检测系统还难以满足煤矿安全和应急预警和救援的需求。针对当前煤矿矿井在各项信息和数据收集方面所存在的缺陷，以至于由此所引发的事故也频发，传统的传感器系统在煤矿矿井中的弊端日益暴露，不利于当前深层次煤矿矿井的安全生产。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术的不足，提供一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，设计了一个新型的煤矿安全监测与预警系统。该系统利用瓦斯气体浓度、温度、湿度等传感器，通过无线传感器网络完成矿井环境监测、数据处理传送等任务；还能对移动节点的信息进行数据汇聚及数据分析，并自动生成可视化曲线图表和超限警报提示，实现运用现代高科技技术手段来遏制煤矿矿难事故发生的目的。
[0004]为解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，采用如下技术方案:
一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，其特征在于，包括机体、底座、侧座、设于机体内的电源接口、传感器、处理器、存储器、收发器、蜂窝天线及超高频天线，所述底座设于所述机体底部，所述底座两侧对称设有侧座，所述电源接口、传感器、处理器、存储器、收发器、蜂窝天线及超高频天线从所述机体水平方向依次设置，所述超高频天线识别外在传感器标签。
[0005]具体地，所述装置采用ZigBee协议进行通讯。
[0006]具体地，所述传感器负责监测区域内信息的采集和数据转换。
[0007]具体地，所述处理器控制整个传感器节点的处理操作，处理本身采集的数据和其他节点发来的数据。
[0008]具体地，所述收发器负责与其他传感器节点进行无线通信、交换控制消息和收发采集数据，采用工作在433MHz下的单芯片低电压CC1000收发器。
[0009]本发明提供的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，能够对实时地对矿井下的各种危险信息进行了解，及时地做好应急准备；可以不间断地对矿井下的瓦斯、二氧化碳的浓度以及矿井下的湿度等各项参数进行收集，并及时地传送到矿井上面，防范各项潜在风险的发生；采用无线连接，不依赖线缆传输，避免了大量的布线成本和后期维护成本；通过节点间的多跳连接，使得其布设范围不受单节点传输距离的影响，可以更好地覆盖井下的复杂区域；采用的自组织网络，数据传输不依赖于网络中任何一个单一节点，任何节点的损坏都不影响整个安全监测管理的正常运转，避免了核心节点故障对整个安全监测管理的威胁，避免了高昂的核心节点维护成本，大大提高了稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例所述的基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法的结构示意图。
[0011]图2为基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法的系统结构图。
[0012]图3为基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法的井下固定无线传感器安装示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明实施例提供给的基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法置进行详细描述。
[0014]如图1所示，本发明实施例提供的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法的结构示意图，其特征在于，包括机体1、底座2、侧座3、设于机体内的电源接口 4、传感器5、处理器6、存储器7、收发器8、蜂窝天线9及超高频天线10，所述底座2设于所述机体I底部，所述底座2两侧对称设有侧座3，所述电源接口 4、传感器5、处理器6、存储器7、收发器8、蜂窝天线9及超高频天线10从所述机体水平方向依次设置，所述超高频天线10识别外在传感器标签。
[0015]具体地，所述装置采用ZigBee协议进行通讯。
[0016]具体地，所述传感器负责监测区域内信息的采集和数据转换。
[0017]具体地，所述处理器控制整个传感器节点的处理操作，处理本身采集的数据和其他节点发来的数据。
[0018]具体地，所述收发器负责与其他传感器节点进行无线通信、交换控制消息和收发采集数据，采用工作在433MHz下的单芯片低电压CC1000收发器。
[0019]如图2所示，是本发明所示的基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法的系统结构图。该系统在继承了无线传感器网络的自动感知、自动组网、多跳中继传递等特性的同时，充分考虑到了煤矿井下的实际情况，主要由以下五个部分构成:
(I)移动无线传感器网络节点:由井下矿工携带，电池供电，带有探测瓦斯浓度、温度、湿度等等环境质量监测传感器，具有无线传输数据的功能，并在环境监测数据超标时自动报警。每个移动节点提供一个唯一的编号，用以确定携带者的身份、位置等信息。 (2)固定无线传感器网络节点:按一定的间距固定在支巷道道壁上，具有环境数据和无线传输数据的功能；并在环境监测数据超标时自动报警。每个固定节点的位置需要在计算机数据库中备案，以此为固定坐标点用以确定运动节点的坐标位置。 (3)基站接收机节点:安装在主巷道内，接收固定式无线传感器网络节点的数据，并通过通信电缆将数据传输给信息收集数据库服务器。 (4)信息收集数据库服务器:收集处理数据，将数据储存到数据库，并随时向监控部门提供及时准确的井下环境数据。 (5)监控台:监控人员操作台，以图形方式实时监测井下全部无线传感器节点，显示每个节点当时的环境参数，具有瓦斯超限报警等环境超限报警功能。
[0020]如图3所示，是本发明所示的基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法的井下固定无线传感器安装示意图。以如图示中的4个巷道为例，在各个巷道的主道和岔道口分别安装本装置。一号巷道安装装置1，由一号巷道进入二号巷道口安装装置2，由一号巷道进入三号巷道口安装装置3，由三号巷道进入四号巷道口安装装置4。由一号巷道经过二号巷道口直行，过二号巷道口设置装置5。以此类推。每个装置具有环境数据和无线传输数据的功能，并在环境监测数据超标时进行自动报警。每个固定节点的位置需要在计算机数据库中备案，以此为固定坐标点用以确定在巷道中运动节点(矿工)的坐标位置。
[0021]本发明提供的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，能够对实时地对矿井下的各种危险信息进行了解，及时地做好应急准备；可以不间断地对矿井下的瓦斯、二氧化碳的浓度以及矿井下的湿度等各项参数进行收集，并及时地传送到矿井上面，防范各项潜在风险的发生；采用无线连接，不依赖线缆传输，避免了大量的布线成本和后期维护成本；通过节点间的多跳连接，使得其布设范围不受单节点传输距离的影响，可以更好地覆盖井下的复杂区域；采用的自组织网络，数据传输不依赖于网络中任何一个单一节点，任何节点的损坏都不影响整个安全监测管理的正常运转，避免了核心节点故障对整个安全监测管理的威胁，避免了高昂的核心节点维护成本，大大提高了稳定性。
[0022]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，其特征在于，包括机体、底座、侧座、设于机体内的电源接口、传感器、处理器、存储器、收发器、蜂窝天线及超高频天线，所述底座设于所述机体底部，所述底座两侧对称设有侧座，所述电源接口、传感器、处理器、存储器、收发器、蜂窝天线及超高频天线从所述机体水平方向依次设置，所述超高频天线识别外在传感器标签。
2.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，其特征在于，所述装置采用ZigBee协议进行通讯。
3.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，其特征在于，所述传感器负责监测区域内信息的采集和数据转换。
4.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，其特征在于，所述处理器控制整个传感器节点的处理操作，处理本身采集的数据和其他节点发来的数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于WSN技术的煤矿安全监测管理系统及方法，其特征在于，所述收发器采用工作在433MHz下的单芯片低电压CClOOO收发器。
【文档编号】E21F17/18GK103775130SQ201410026291
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】高向阳, 李伟, 陈超 申请人:常州高特电子技术有限公司