一种基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金控制领域和信息技术领域，具体而言是一种基于Zigbee技术的智能信息采集与信息融合装置，用于矿山尾矿库安全评估与预警。
【背景技术】
[0002]本发明的应用背景为冶金过程中矿山尾矿库的安全评估与预警。在冶金领域中，尾矿库是用来储存的大型容器，一般通过构筑堤坝建造而成，用以堆存矿山尾矿或其他工业废渣。尾矿库是一个具有高势能的危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故。目前来看，我国矿业领域中，尾矿库基数巨大、分布广泛，很多尾矿库建造时间久远，损耗严重，对环境的干扰和抵抗能力逐渐下降，存在较大的安全隐患。因此，做好矿山尾矿库安全评估与预警意义十分重大，关系到尾矿库区域人员的生命财产安全。传统的尾矿库安全检测主要由人工完成，受到生产状态、天气状况、检测条件等诸多因素影响，尾矿库的安全评估存在较大误差。此外，这种非实时监控的方式使得尾矿库大多数情况下处于一种无监控状态，一旦发生状况，会造成很严重的后果，危及矿业安全生产。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理方法及系统，能进行实时监控，有效防范和遏制重特大事故发生。
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理方法，在矿山区域安装多种传感器，通过传感器进行矿山尾矿库实时信号的提取，并转换成电信号，经过信号变送器处理后传输到信号采集终端，再经过Zigbee协议将信号传输到手持处理终端，完成信号融合处理工作。
[0005]本发明还提供一种基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理系统，系统包括传感器、信号变送器、信号采集终端、手持处理终端、附件，其中传感器和信号变送器直接相连接，信号变送器和信号采集终端直接相连接，信号采集终端和手持处理终端通过无线网络相连接，传感器安装于在矿山区域，通过信号传感器进行矿山尾矿库实时信号的提取，并转换成电信号，经过信号变送器处理后传输到信号采集终端，再经过Zigbee协议将信号传输到手持处理终端，完成信号融合处理工作。
[0006]本发明采用现代信息技术、传感器技术及网络通讯技术对尾矿库进行实时监测，实现宏观、微观相结合的全方位角度监测，有助于提升尾矿库安全保障水平，有效防范和遏制重特大事故发生。
【附图说明】
[0007]图1为本发明实施例装置硬件结构示意图。
[0008]图2为本发明实施例功能模块示意图。
[0009]图3为本发明实施例信号流向示意图。
【具体实施方式】
[0010]如图1、图2、图3所示，本发明实施例矿山尾矿库安全信息处理系统包括7个传感器、10个信号变送器、5个信号采集终端、I个手持处理终端，附件包括10节10450锂电池、2节18650锂电池、6个双路锂电池充电器、6根增益天线、I个程序调试器、I个铝合金收纳箱。传感器和信号变送器相互靠近且信号相互连接，信号流向由传感器传输到信号变送器，I个传感器连接I个信号变送器，连接方式为有线连接；信号变送器和信号采集终端相互靠近且信号相互连接，2个信号变送器连接I个信号采集终端，连接方式为有线连接；信号采集终端和手持处理终端不相互靠近但信号相互连接，5个信号采集终端连接I个手持处理终端，连接方式为Zigbee无线网络连接。
[0011]本发明实施例用于矿山尾矿库实时信息监测与提取，首先是在矿山尾矿库区域安置传感器，获取尾矿库实时状态，此时信号由实际的物理信号转换成电信号；之后在将信号传输到信号变送器，转换成模拟量信号，供信号采集终端接收预处理；信号采集终端进行预处理后，滤除无效以及错误信号，将有效信息按照一定的周期通过无线网络传送到手持处理终端；手持处理终端为人机交互终端，主要交互界面为8寸电阻式触摸屏，用来显示各个传感器的实时信息和历史数据信息。人机交互终端所获取的信息可以再次通过无线网络传输至计算机串口，读取至计算机内存中，为下一步多元信息融合以及关键特征提取提供数据支持。
[0012]现具体说明如下。
[0013]首先在矿山尾矿库区域安装多种信号传感器，进行实时信息监测，这些信息包括:降雨量、库水位、渗流量、5#浸润线、14#浸润线、坝体位移-X、坝体位移-Y、坝体位移-Z、干滩长度-东侧、干滩长度-西侧，共10种信号。降雨量检测选用的传感器型号为FM-YLC2电压型雨量传感器2，库水位检测选用的传感器型号为TRE1-PT500-601液位传感器5，浸润线传感器为HC-1000型浸润线埋深测试仪6，坝体位移检测传感器为VWD-50位移计1，干滩检测采用的是激光测角测距法，采用激光测距仪结合角度测量仪来进行干滩监测，激光测距仪选用的型号是BOSCHGLM 150 4，角度测量仪选用的型号是LAISAI LS171 3。
[0014]传感器获取到信号之后，还无法被信号采集终端直接接收，需要经过信号变送器7将不同种类的信号转换成电压型的模拟量信号，电压的范围为0-3.3V。信号采集终端8使用的芯片为TI系统级芯片CC2530，供电电压为3.3V，每个信号采集终端采集2路信号，分别连接到CC2530芯片的P0.0和P0.1引脚。信号采集终端的供电方式为锂电池供电，型号为10500，最佳电压为3.7V，3.3V-5V均可正常工作。
[0015]信号采集终端采集到信号后，需要做滤波预处理，采用的滤波方式包括硬件滤波和软件滤波两种。软件滤波采用的是中位值滤波方法，具体实施策略为把5次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值；硬件滤波的方式采用的是RC滤波方式，具体实施策略为把信号变送器传输的电信号经过RC —阶电路滤波，使得波形更加平滑，作为信号输入。信号采集终端的采样周期为0.2s，采用并经过信号采集终端预处理后，则通过Zigbee无线网络以单播的形式发送到手持处理终端9。
[0016]手持处理终端9为人机交互终端，外壳由5mm厚黑色亚克力材料加工而成，外形尺寸为220mm*160mm*75mm。主要交互界面为8.0寸电阻式触摸屏，显示比例16:10，尺寸为162mm*121.5mm，用来显示各个传感器的实时信息和历史数据信息。实时信息的显示方式为数据表格显示以及仪表表盘显示两种方式，历史数据显示为历史曲线显示一种方式。手持处理终端的供电方式有两种:一种是锂电池供电，采用的两节18650锂电池；另外一种是直流电源供电，采用的是5V-3A直流稳压电源供电。
[0017]本发明的信号流向如图2所示，底层为尾矿库实际物理量信号，经过传感器，将物理量信号转换成非标准电信号，再进一步经过信号变送器将非标准电信号转换成信号采集终端可以识别的标准模拟量电信号，经过信号采集终端预处理后，通过Zigbee无线通信网络，将信号传送至手持处理终端。进一步，该信号可以通过手持处理终端，传送至计算机10串口接口，读取到计算机内存，供计算机进行实时数据显示和信息处理，为下一步的多元信息融合及特征提取提供有效的数据支持。
[0018]本发明具有以下突出优点:
1、成本低:通过较低的硬件成本代价，完成矿山尾矿库实时信息监测，具有较好的经济效益。
[0019]2、功耗低:本发明采用的均为低功耗器件，可以有效控制功耗，使得系统在无干扰的情况下长时间稳定运行。
[0020]3、通信能力强:本发明的Zigbee模块内置功率放大器并安装高增益天线，有效通信距离可达2km，不同信道之间不存在干扰问题。
[0021]4、安装维护成本低:采用无线连接方式，无须布线，降低了安装成本，各个模块可以自动组网，降低了手动维护操作的成本。
【主权项】
1.一种基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理方法，其特征在于:在矿山区域安装多种传感器，通过传感器进行矿山尾矿库实时信号的提取，并转换成电信号，经过信号变送器处理后传输到信号采集终端，再经过Zigbee协议将信号传输到手持处理终端，完成信号融合处理工作。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理方法，其特征在于:信号采集终端采集到信号后，做滤波预处理，采用的滤波方式包括硬件滤波和软件滤波两种，软件滤波采用的是中位值滤波方法，具体实施策略为把5次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值；硬件滤波的方式采用的是RC滤波方式，具体实施策略为把信号变送器传输的电信号经过RC —阶电路滤波，使得波形更加平滑，作为信号输入。
3.一种基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理系统，其特征在于:系统包括传感器、信号变送器、信号采集终端、手持处理终端，其中传感器和信号变送器直接相连接，信号变送器和信号采集终端直接相连接，信号采集终端和手持处理终端通过无线网络相连接，传感器安装于在矿山区域，通过信号传感器进行矿山尾矿库实时信号的提取，并转换成电信号，经过信号变送器处理后传输到信号采集终端，再经过Zigbee协议将信号传输到手持处理终端，完成信号融合处理工作。
4.根据权利要求3所述的基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理系统，其特征在于:传感器检测的信息包括降雨量、库水位、两处浸润线、坝体位移-X、坝体位移-Y、坝体位移-Z、两侧干滩长度在内的10种信号。
5.根据权利要求3所述的基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理系统，其特征在于:信号变送器的作用是将不同种类的电信号转换成模拟量电信号，电压范围为0-3.3V。
6.根据权利要求3所述的基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理系统，其特征在于:信号采集终端的供电电压为3.3V-5V，作用是采集信号变送器传送的信号，采用的芯片是TI系统级芯片CC2530，采用的无线传输网络协议为Zigbee网络协议。
7.根据权利要求3所述的基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理系统，其特征在于:手持处理终端采用8寸电阻式触摸屏作为交互模块，采用锂电池供电和直流电源供电两种供电方式，整体支架由5MM厚黑色亚克力材料构成。
8.根据权利要求3所述的基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理系统，其特征在于:还包括锂电池、锂电池充电器、天线、程序调试器。
【专利摘要】一种基于Zigbee技术的矿山尾矿库安全信息处理方法及系统。本发明公开了一种矿山尾矿库安全信息处理方法及系统，以Zigbee无线网络为基础，完成信号的采集、传输与处理工作。本系统由传感器、信号变送器、信号采集终端、手持处理终端、直流电源、锂电池等部件构成。装置的目的在于监测尾矿库参数包括坝体形变位移、浸润线埋深、渗压、库水位等多项指标。信号通过水位、渗流量、位移等种类的传感器采集实时信号，然后经过信号变送器转换成微处理器可识别的信号后输送到信号采集终端，经过预处理后将信号经过Zigbee网络协议汇总到手持处理终端，完成多元信息的集成显示处理工作，进而为尾矿库安全快速评估与预警给出信息依据。
【IPC分类】E21F17-18, H04W84-18
【公开号】CN104832215
【申请号】CN201510197501
【发明人】陈晓方, 朱军, 阳春华, 秦晨, 朱超
【申请人】中南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月24日