煤矿井下传感器定位报警装置的制作方法

本实用新型涉及一种煤矿井下传感器定位报警装置，该系统涉及无线电通信、井下安全监控和定位技术等领域。

背景技术：

煤矿安全监控是遏制煤矿重特大事故发生的必要措施。《AQ1029-2016煤矿安全监控系统及监测仪器使用》等安全生产行业和煤炭行业标准中都已明确各类煤矿井下工作面及巷道中甲烷传感器及风速、风向等传感器的详细安装位置，还明确规定了各传感器的限值与相应的断电闭锁等自动处理流程，防止煤炭生产过程中瓦斯超限引起的火灾、爆炸等事故的发生，有效保障了煤矿安全生产。然而在实际生产过程中，部分井下工作人员为减少瓦斯超限断电闭锁对煤炭生产的影响，不按规定位置安装或私自移动传感器，造成了瓦斯爆炸等重大事故隐患。目前的煤矿安全监控系统只能对传感器的工作状态及通信状态进行监控，无法监控传感器的实际位置。为防止人为的传感器位置作弊，保证各传感器能够可靠有效的工作，需要一种可实时监测井下传感器安装位置，并能对传感器位置作弊进行自动识别与报警的装置。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种煤矿井下传感器定位报警装置，所述装置包括：至少一种矿井下传感器；至少一种用于监测矿井下传感器位置的定位装置；用于存储传感器设计安装位置相关的至少一种位置数据及其允许误差的存储装置；用于处理和监测传感器位置相关的位置数据的数据处理装置，负责将通过所述定位装置获得的当前传感器位置数据与所述存储装置所存储的传感器设计安装位置数据进行比较，对监测到的传感器位置与设计安装位置距离是否大于允许误差做出逻辑判断；用于根据所述数据处理装置处理结果发出声光报警的报警装置；用于传输数据的通信装置。

1.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置包括监测绝对位置数据的装置和监测相对位置数据的装置。

2.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置的安装位置包括井下传感器壳体内。

3.所述定位报警装置进一步包括：所述传感器位置数据包括三维位置数据。

4.所述定位报警装置进一步包括：所述传感器位置数据包括二维位置数据。

5.所述定位报警装置进一步包括：所述传感器位置数据包括一维位置数据；所述一维位置数据包括沿巷道轴向的一维距离数据。

6.所述定位报警装置进一步包括：所述传感器位置数据包括经度、纬度和高度数据。

7.所述定位报警装置进一步包括：所述传感器位置数据包括与参照物的距离数据。

8.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置包括井下定位系统的定位终端设备。

9.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置包括超声波测距定位设备。

10.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置包括激光测距定位设备。

11.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置包括红外测距定位设备。

12.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置包括电子雷达定位设备。

13.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置包括图像监测定位设备。

14.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置使用至少一种测距设备采集传感器与参照物的当前距离数据，所述数据处理装置将传感器与参照物的当前距离数据与所述数据存储装置存储的传感器与参照物的设计安装距离数据并参考允许误差进行监测判定，根据检测判定结果发出报警逻辑信号，由所述报警装置发出声光报警，并通过所述通信装置传输报警信号。

15.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置采集传感器当前二维位置数据，所述数据处理装置将当前二维位置数据与所述数据存储装置存储的传感器设计安装二维位置数据并参考允许误差进行监测判定，根据检测判定结果发出报警逻辑信号，由所述报警装置发出声光报警，并通过所述通信装置传输报警信号。

16.所述定位报警装置进一步包括：所述定位装置采集传感器当前三维位置数据，所述数据处理装置将当前三维位置数据与所述数据存储装置存储的传感器设计安装三维位置数据并参考允许误差进行监测判定，根据检测判定结果发出报警逻辑信号，由所述报警装置发出声光报警，并通过所述通信装置传输报警信号。

17.所述定位报警装置进一步包括：所述矿井下传感器包括甲烷传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、风速传感器、风向传感器、烟雾传感器、摄像机。

下文更详细地描述本实用新型的实施示例。

附图说明

图1煤矿井下传感器定位报警装置实施示例1的系统组成示意图。

图2煤矿井下传感器定位报警装置实施示例1的硬件组成示意图。

图3煤矿井下传感器定位报警装置实施示例1的报警流程示意图。

图4煤矿井下传感器定位报警装置实施示例2的系统组成示意图。

图5煤矿井下传感器定位报警装置实施示例2的硬件组成示意图。

图6煤矿井下传感器定位报警装置实施示例3的系统组成示意图。

具体实施方式

本实用新型所述定位报警装置可采用TOA、TDOA、RSSI、AOA、图像识别等定位技术进行定位；可采用的定位装置包括超声波测距定位设备、激光测距定位设备、红外测距定位设备、电子雷达定位设备、图像识别定位设备等；所述定位装置一般集成于传感器内，电子雷达定位设备和图像识别定位设备可独立安装，从外部监测传感器位置。

图1所示为采用RSSI定位技术的煤矿井下传感器定位报警装置实施示例1，所述定位报警装置通过通信网络接入煤矿安全监控系统，并与井上设备通信，主要组成包括：

1.监控终端(101)，煤矿安全监控系统的显示监视设备，负责井下传感器数据监控、声光报警和人机交互，生产管理人员可通过监控终端对所述定位报警装置进行设定，实现对井下传感器及其它设备的实时监控；监控终端具有地图显示功能，地理信息平台可使用MapX地图化组件,矿井地图为巷道矢量地图,地图文件为MapInfo格式。

2.存储服务器(102)，属于煤矿安全监控系统的数据存储服务装置，负责存储各传感器数据和报警数据等，并为监控终端提供查询服务。

3.交换机(103)，通信网络的交换设备，负责所有接入通信网络的设备的数据交换，可采用以太网络交换机设备。

4.分站(104)，负责对传感器及其它无线通信设备进行通信网络接入转发服务，并作为定位参考定位节点，为所述定位报警装置及煤矿安全监控系统的其它无线通信设备提供定位服务，采用标准WiFi接入设备。

5.煤矿井下传感器定位报警装置(105)，包括传感器及传感器定位装置等组成部件，具体组成见图2。

图2为所述定位报警装置实施示例1的主要硬件组成：

1.主板(201)，是传感器的核心部件，板上元件包括核心处理器、存储单元、电源与时钟模块、传感器。

2.核心处理器(202)，为所述定位报警装置的数据处理装置，使用采用三星S3C2440处理器，S3C2440是基于ARM920T内核的微处理器，具有3个UART接口，2个SPI接口，2个USB接口，1个IIC-BUS接口；搭载Linux系统。

3.存储单元(203)；包括256M NAND Flash、一片4M NOR Flash、128M SDRAM、一片IIC-BUS接口的EEPROM。NOR Flash可作为所述定位报警装置的存储装置使用，用于存储传感器设计安装位置相关的位置数据及其允许误差，还存储通信范围内的各分站坐标值。

4.电源与时钟模块(204)包括电压转换和时钟管理元件，DC电压转换均采用MAX1724系列电源芯片，为所有芯片供电；选用12MHz晶振。

5.传感器(205),负责采集环境数据，如采集巷道的甲烷浓度，可采用MQ-4甲烷传感器模块，量程范围300至10000ppm，将甲烷浓度转换为模拟电信号，由核心处理器进行A/D转换实现数据采集；如采集巷道的一氧化碳传感器浓度，可采用ME2-C0一氧化碳传感器模块；如采集巷道的二氧化碳传感器浓度，可采用MG811二氧化碳气体传感器模块；如采集巷道的氧气浓度，可采用ME3-O2氧气传感器模块等。

6.无线通信模块(206)，作为定位装置和通信装置使用，采用USB接口Wifi无线网卡，由Linux及设备驱动程序提供支持。

7.报警器(207)，即报警装置，采用一体式声光报警器，通过UART接口与核心处理器通信。

所述定位报警装置实施示例1的报警工作流程如图3所示：

1.(301)通过无线通信模块(206)采集无线通信距离内的分站发出Wifi信号的信号强度RSSI值。

2.(302)核心处理器根据各分站信号的RSSI值和存储单元存储的的各分站的位置坐标运算自身坐标值。

3.(303)核心处理器从存储单元调取该传感器设计安装位置数据信息及其允许误差数据。

4.(304)核心处理器计算所述定位报警装置当前位置和设计安装位置的距离，比较所得距离是否大于允许误差范围，根据比较结果做出逻辑判定。

5.(305)核心处理器根据判定结果控制通过报警器(207)发出声光报警，并通过无线通信模块(206)和通信网络向煤矿安全监控系统发送报警数据。

图4为所述定位报警装置实施示例2，与实施示例1的主要区别在于所述定位报警装置内置测距设备作为定位装置，可测量沿巷道轴向的一维距离数据，如与工作面或巷道壁的距离；本示例中所处理和存储的位置数据均为一维距离数据。

图5为所述定位报警装置实施示例2的主要硬件组成，与图2的实施示例1中传感器的主要硬件组成相比，增加了测距模块(207)，用于测量一维距离数据，可采用超声波测距设备如KS109收发一体超声波测距模块距离传感器，与核心处理器采用IIC-BUS接口通信；也可采用激光测距定位设备如GLS-B60激光测距传感器模块，与核心处理器采用USB接口通信；也可采用红外测距定位设备如GP2Y0A710K红外测距模块，由核心处理器采集模块输出的模拟数据。无线通信模块(206)只负责无线通信，无需定位。实施示例2的报警流程与图3所示实施示例1的报警流程基本相同，区别在于所涉及的位置数据均为一维距离数据。

图6为所述定位报警装置实施示例3，与实施示例1的主要区别在于所述定位报警装置不集成在一个壳内，而是由两部分组成，包括：

1.传感器(106)负责采集环境数据，通过无线通信模块连接通信网络，为煤矿安全监控系统提供现场数据。

2.摄像机(107)采用具有目标位置侦测和报警功能的摄像机直接对传感器进行位置监测报警。