一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置及系统的制作方法

本实用新型属于监测领域，尤其涉及一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置及系统。

背景技术：

矿山地质环境监测系统能够实时准确的对矿山地形变、地面塌陷、地裂缝、地下水等进行监测，指导人们的矿山开采及矿山灾难的应急预案工作。需要通过采集仪器进行现场数据的收集，传统的矿山地质环境数据调查是用户现场勘察，需要携带相机、GPS、绘图工具，手工纪录各种测量信息。回到办公地点后再通过电脑录入到系统并上传到云服务器，费时耗力，容易出错。

目前通过专业装置或者仪器进行现场数据采集，在现场不具备信号传输的条件下，致使监测工作因受技术手段的制约，存在如下不足：

(1)当前采集装置主要实现现场信息的自动化采集，没有考虑人工现场采集，进行现场人工数据录入、现场图形绘制等功能。

(2)现场通过各种仪器进行数据采集后，通过人工进行记录，费时耗力，容易出错。

(3)系统不能在信号弱、环境恶劣的野外数据采集现场实现数据的查看与录入，无法实现数据的离线应用。

随着云计算技术与平板技术的发展，迫切需要现场通过一种便携式数据采集装置实现调查信息下载、定位、拍照、信息编辑、绘图、存储等功能，并实现在线上传，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置及系统，通过设置的传感器模块和无线装置自组Zigbee无线局域网络或者LoRa无线局域网络，将采集的矿山信息实时记录、存储和上传，提高了矿山信息的采集效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置，包括：便携式处理器、传感器模块、无线路由器、数据传输终端，所述便携式处理器与数据传输终端通过有线或无线连接，无线路由器与传感模块、数据传输终端分别连接。

进一步的，所述无线路由器的数量根据矿山现场采集数据的需要设置，所述无线路由器之间通过无线通信，所述无线路由器与数据传输终端通过无线通信，组成无线通信网络。

进一步的，所述无线路由器和数据传输终端的微控制单元为ZigBee无线收发芯片或者 LoRa无线收发芯片。

进一步的，一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置还包括串口模块，便携式处理器通过串口模块与数据传输终端连接。通过在便携式处理器上扩展串口，实现现场数据的快速稳定采集。

进一步的，一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置：还包括无线模块，便携式处理器通过无线模块与数据传输终端连接。

进一步的，所述便携式处理器为平板电脑或者为笔记本电脑。

进一步的，所述传感器模块包括但不限于视觉传感器、GPS定位装置、地磁传感器、温度传感器、湿度传感器。

一种基于物联网的矿山地质环境数据采集系统，包括上述的一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置和云服务器，所述云服务器与基于物联网的矿山地质环境数据采集装置连接。矿山地质环境数据采集装置采集数据后将数据上传至云服务器，同时能够下载存储在云服务器中的矿山调查信息。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的矿山数据采集装置支持人工智能化采集，集成有线和无线采集模式。辅助矿山环境调查现场工作人员实时全方位获取传感数据，解决了传统纯人工测量数据不全、不准、无法共享的问题。

(2)矿区工作环境复杂恶劣，运营商网络较难覆盖，另外矿区的各因素测点较多，针对上述原因，本实用新型主要采用无线传感器组网模式进行采集。无线路由器的无线收发芯片为zigbee无线芯片或者LoRa无线芯片，两者均可实现自组网模式进行数据采集。低功耗、低成本、远距离的无线射频收发技术以应对复杂多变的矿区环境。使用两种网络制式的无线装置进行采集，可以使得系统具有良好的通用性。

(3)本实用新型选用的平板处理器通过GPRS/4G/wifi能够直接连接云服务器，可以直接下载对应的矿山调查信息，并进行本地化存储，实现离线调查功能。并且可以充分利用平板的GPS传感器、CDMA无线通信、摄像头、重力传感器、操作系统集成的画板，实现了现场信息的有效采集，避免了传统携带多测量装置的不方便性。支持webservice/modbus等不同协议，并可以根据需要进行扩展，实现接入不同的云服务器。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图1所示，一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置，包括：便携式处理器、传感器模块、无线路由器、数据传输终端，所述便携式处理器与数据传输终端通过有线或无线连接，无线路由器与传感模块、数据传输终端分别连接。

优选的，无线路由器的数量根据矿山现场采集数据的需要设置，所述无线路由器之间通过无线通信，所述无线路由器与数据传输终端通过无线通信，数据传输终端作为主站，各无线路由器作为从站，组成无线局域网络。本实施例装置中可以根据无线路由器的传输距离设置无线路由器的数量，例如无线路由的传输距离为80m，则每80m或者小于80m设置一个无线路由器，直到能够覆盖要采集数据的矿山区域。每个无线路由器跟传感器模块连接。无线路由器包括无线传输芯片和与各传感器连接的接口。无线传输芯片为ZigBee芯片或LoRa 芯片。无线路由器接收数据后通过另外的无线路由器传输到数据传输终端，也可以直接连接数据传输终端进行数据的传输。可以根据矿山现场具体采集要求的选取多种网络模式的底层采集方式可以为ZigBee无线局域网络采集、LoRa无线局域网络采集或者两种局域网络结合使用。本实用新型所述ZigBee芯片及LoRa芯片均可通过芯片自带的内置软件直接设置配置进行自组网络的建立。ZigBee与LoRa指不同网络制式，区别是传输距离的不同。均可配置为一主多从的网络模式，采用透传实现数据传输。

针对测点多且区域较小的矿区，如矿区面积小于十公顷，优选的，采用ZigBee无线路由器和现有技术中的方法自动组成无线网络。现场安装无需设置，不必布线，上电即用，并且能够自动跳频进行抗干扰，除此之外，具有自动屏蔽故障节点及修复能力。ZigBee自组网穿透能力强，抄表速度快，功耗及成本可控，并且能够将设备模块定义为分时段休眠状态降低整体功耗。优选的，本实施例所述无线路由器的微控制单元(又称为MCU)选用TI公司的无线芯片CC2430，有8路数字信号AD输入，工作电压为3v，通过电池就可以实现系统的供电。优选的，本实施例数据传输终端的MCU选用TI公司的无线芯片CC2431，与CC2430 相比增加了定位引擎，可以连接LCD显示屏进行数据的显示。

针对测点较少但面积较大的矿区，如矿区面积大于十公顷，优选的，采用LoRa无线路由器和现有技术中的方法自动组成无线网络。优选的，LoRa无线路由器包括无线路由器处理器、SX1278芯片以及相应芯片外围电路组成。芯片外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/ 输出匹配电路和单片机接口电路三个部分。无线路由器处理器采用STM32单片机作为CPU。由于LoRa技术的特有优势，使得本采集子系统解决了传输距离、功耗、成本之间矛盾问题。

便携式处理器安装基于WPF框架的《矿山信息采集系统》用于完成工作人员身份识别，可以调用GPS定位装置进行位置定位并与云服务器中矿区位置进行比对，从而确定工作人员所处理的矿区对象，不需要手动输入每一座矿山的基本信息，可以针对用户所在单位以及所选取的年份，自动识别对应的矿山信息进行下载。便携式处理器数据上传功能待测试单位对矿山信息采集完成，记录完毕后上传。优选的，便携式处理器为平板电脑或者为笔记本电脑。当为平板电脑时，可以直接使用平板电脑自带GPS传感器、CDMA无线通信、摄像头、重力传感器、操作系统集成的画板等进行现场数据的采集和记录，平板处理器通过GPRS/4G/wifi 能够直接连接云服务器。

优选的，本实施例装置还包括串口模块，便携式处理器通过串口模块与数据传输终端连接。优选的，串口模块为RS485串口模块，有线采集方式传输稳定，采集迅速。本实施例装置还可以包括无线模块，便携式处理器通过无线模块与数据传输终端连接，进行传感器数据的无线传输。

优选的，本实施例传感器模块包括若干传感节点，包括但不限于视觉传感器、GPS定位装置、温度传感器、湿度传感器。

GPS定位装置、温度传感器、湿度传感器虽属于本实用新型的功能模块，但不限制型号，只要可以适配本实用新型所述采集器规约，均可完成相应功能。

视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。图像传感器可以使用激光扫描器、线阵和面阵CCD摄像机或者TV摄像机，也可以是最新出现的数字摄像机等，优选的，本实施例选用摄像头直接连接无线路由器，体积小便携，同时能够实现矿山山地形变、地面塌陷、地裂缝的图像采集。

优选的，本实施例设置温度传感器、湿度传感器或者温湿度传感器，用于检测矿山的温湿度数据、土壤的含水量。GPS定位装置采集传感矿山位置并将信号传输到便携式处理器。

一种基于物联网的矿山地质环境数据采集装置采集数据后将数据上传至云服务器，同时能够下载存储在云服务器中的矿山调查信息。所述云服务器，可以根据用户选择采用私有云或公有云，能够接收上述便携式处理器发送来的矿山信息进行数据库更新、数据分类存储和分析。存储用户账户信息，对数据查询和使用功能设置权限、密码并进行管理。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。