专利名称：煤矿环境参数及工况参数无线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线监测装置，特别是一种对煤矿环境参数和工况 参数的无线监测装置，属于监测领域。
技术背景井下环境参数包括瓦斯(CH,)、硫化氢(H2S)、 一氧化碳(C0)、温度 (°C)、氧气(02);工况参数包括煤矿井下大型机电设备，(如釆煤机、 刮板溜子、转载机、皮带机、液压泵站、移动变电站、水泵等设备)的开/ 停、电压、电流、温度、功率等设备的运行及故障状态。现有的环境参数及 工况参数监测的传输方式均为有线传输监测，由于受有线传输制约，许多环 境参数和工况参数无法进行有线传输(如井下釆空区和综釆工作面的环境参 数及采煤机在工作时的各种运行状态及故障状态)。煤矿井下环境参数及主要机电设备工况参数监测装置主要布设在工作人 员可到达位置安装的装置，这种装置主要依靠井下工作人员按煤矿安全规程 要求固定相关装置到相应位置来监测周围的环境参数及机电设备工况参数。 特别是煤矿井下的采空区、综釆工作面等，由于环境条件恶劣，环境参数及 工况参数监测装置无法安装及传输，因此，井下釆空区、综采工作面环境参 数监测装置无法安装及传输，因此，井下釆空区、综釆工作面环境参数及工 况参数无法进行实时监测。在釆空区瓦斯的聚集是造成重大瓦斯爆炸事故的 主要隐患，极易造成人员的重大伤亡。同时在综釆工作面的大型釆煤机的设 备工况参数的监测及远程故障诊断信号无法有效地传输，极易造成大型釆煤机设备损坏并停产，造成重大经济损失。现有的煤矿井下大型机电设备，如刮板溜子、转载机、皮带机、液压泵 站、移动变电站、水泵等均需要对其工况参数(如设备的开/停)进行工况参
数监测，传统的传输方式均为有线传输监测，而且对远程故障诊断的需求无 法进行。
釆煤机工况参数(电压、电流、温度、设备的运行及故障状态等)，因 其特殊的往返移动式工作方式，无法进行有线传输监测及满足远程故障诊断 的需求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种结 构简单、传输信道可靠的远距离无线监测装置，将其井下的瓦斯、硫化氢、 一氧化碳、温度、氧气等环境参数传感器和机电设备工况参数传感器配合使 用，实现远距离环境参数和工况参数的监测。
为此，本实用新型提供了一种煤矿环境参数及工况参数无线监测装置， 其特征在于，包括用于对煤矿环境参数和工况监测参数进行釆集、编码并通 过射频发送器进行发送的前端釆集发射设备，用于对所述前端釆集发射设备 的信号进行接收的无线监测器。
本实用新型采用无线技术对远距离的井下环境参数和机电设备工况参数 进行监测，避免了由于煤矿井下恶劣环境无法进行环境参数和井下机电设备 的工况参数的监测，从而造成矿井重大事故的发生、人员伤亡和机电设备的 损坏。对井下环境参数的监测釆用无线监测技术不仅仅是为节约大量有线电 缆，关键是它还将在矿井遇到重大灾害时，破坏了有线传输系统，利用无线 监测装置及其自动组网技术可形成无线传输系统，仍然可对井下环境参数进 行安全监测，是解决煤矿安全救援救灾的重要监测手段，在煤矿安全生产中 具有重要的意义。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图i为本实用新型第一优选实施例的系统示意图2为本实用新型前端釆集发射设备的结构示意图3为本实用新型无线监测器的结构示意图；图4为固定安装于釆煤机工作面的前端采集发射设备的装配示意图； 图5-1为本实用新型前端采集发射设备的电源电路图； 图5-2为本实用新型前端釆集发射设备的SDRAM存储电路图； 图5-3为本实用新型前端采集发射设备的FLASH存储电路图； 图5-4为本实用新型前端采集发射设备的传感器接口电路图； 图5-5为本实用新型前端采集发射设备的射频发送器接口电路图； 图6-1为本实用新型无线监测器的电源电路图； 图6-2为本实用新型无线监测器的射频接收器接口电路图； 图6-3为本实用新型无线监测器的USB接口电路图；具体实施方式
图1为本实用新型第一优选实施例的系统示意图。如图1所示，本实用 新型包括用于对煤矿环境参数和工况监测参数进行采集、编码并通过射频发 送器进行发送的前端采集发射设备1,用于对所述前端釆集发射设备的信号 进行接收的无钱监测器2。图2为本实用新型前端采集发射设备的结构示意图。如图2所示，前端采集发射设备1包括对煤矿环境参数或工况监测参数进行感应并采集的传感 器3，对传感器3采集的电信号进行打包并编码的釆样控制模块4，将釆样控 制模块4的输出信号进行射频发送的射频发送器5。本实施例中，传感器3 可为感应瓦斯(CH4)、硫化氢(H2S)、 一氧化碳(C0)、温度(°C)、氧气 (02)等的传感器。上述实施例中，采样控制模块4可以为低功耗、主频大于等于64兆赫兹 并支持WinCE、 Linux等操作系统的16/32位微处理器。本实施例中，采样控 制模块采用S3C44BOX处理器；所述射频发送器为Zigbee (紫蜂技术)射频 发送器；操作系统采样Linux系统。S3C44B0X处理器采用ARM7TDMI核心， 是一款低功耗、高性能16/32位RISC微处理器，主频达64MHz，板载接口丰 富，支持juC/0S-I1和juCLinux等操作系统，160引脚LQFP封装。内核工作 电压为2.5V, I/O 口和存储电路工作电压为3.3V。 S3C44B0X集成了大量的功 能单元，其中包括2个UART接口、 8通道10bitADC、电源控制功能、日历功 能的实时时钟、看门狗定时器、PLL时钟产生器等。S3C44B0X将系统的存储 空间分成8组(Bank),每组的大小是32MB，共256MB。 BankO到Bank5用 于ROM或SRAM， Bank6和Bank7用于ROM、 SRAM或SDRAM， S3C44B0X采用nGCS [7: 0]8个通用片选信号选择这些组。各种环境参数和工况参数传感器将釆集到 的环境参数工况参数信息传送给处理器S3C44B0X,处理器对这些数据进行打 包处理(如设置时间、日期和设备编号等)后传送至Zigbee模块，然后通过无线方式发射出去。图3为本实用新型无线监测器的结构示意图。如图3所示，无线监测器2包括接收前端采集发射设备1发送的射频信号的射频接收器6，对该射频信 号进行解析、处理和比较判断的处理器7，将所述处理器7处理后的信号传 送到煤矿安全监测监控系统进行显示、存储和报警的通信模块。处理器7 的输出信号分别输出至进行显示的显示器8,输出至用于保存所述输出信号 的存储模块9，输出至用于进行报警的报警模块10。射频接收器6可采用 Zigbee(紫蜂技术)射频接收器。本实施例中，采用S3C2410X处理器和Linux 操作系统来实现。S3C2410X处理器是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC 嵌入式处理器，主要面向手持式设备以及高性价比、低功耗的应用，具有存 储管理单元(画U),主频可达203MHz，支持WinCE、 Lirmx等搡作系统，272 引脚FBGA封装。S3C2410X集成了大量的功能单元，其中包括1个LCD控制 器、触摸屏接口、 3个UART通道、2个USB主机接口和1个USB设备接口、 8 通道10bitADC、日历功能的RTC、看门狗定时器、PLL时钟产生器等。S3C2410X 将系统的存储空间分成8组(Bank),每组的大小是128MB,共1GB。 BankO 到Bank5的开始地址是固定的，用于ROM或SRAM， Bank6和Bank7用于ROM、 SRAM或SDR細，这两个组可编程且大小相同，S3C2410X采用nGCS[7: 0] 8个
通用片选信号选择这些组。环境参数和工况参数数据通过Zigbee模块接收到 以后送至处理器进行解析和处理，处理完毕后进行显示、存储和报警等操作。 显示包括当前环境参数和工况参数数据的显示和最近一段时间的一个变化曲 线的显示，让工作人员更直观地了解最近一段时间环境参数数据和工况参数 的变化趋势，提前做好预警预报工作。存储是将最近一段时间内的参数数据 保存，工作人员可以直接将手持监测器境参数数据和工况参数的变化趋势， 提前做好预警预报工作。存储是将最近一段时间内的参数数据保存，工作人 员可以直接将手持监测器通过手持监测器上的USB接口直接连接到PC机上来 读取保存的数据文件，或直接在井下转接入现有的煤矿安全监测监控系统。 报警的主要目.的是当出现环境参数和工况参数信息超过用户的规定值时，发 出告警，提示工作人员釆取预防措施，避免事故的发生或自动控制断电等措 施。报警主要是当环境参数和工况参数超过或低于某一用户设定的门限值时， 发出报警声音或转接入现有煤矿安全监测监控系统中。从而按煤矿有关安全 规程规定进行断电控制和对机电设备故障状态进行报警、显示并通过互联网 进行远程诊断。上述实施例中，无线监测器2可为手持移动式或固定式。图4为固定安 装于釆煤机工作面的前端采集发射设备的装配示意图。如图4所示，前端采 集发射设备1通过RS232接口来釆集釆煤机11的参数，再经无线链路发送至 无线监测器2。图5-1为本实用新型前端采集发射设备的电源电路图。其中2.5V给 S3C44B0X处理器的内核供电，3. 3V给处理器的I/O 口和其他集成芯片提供电图5-2、 5-3为本实用新型前端采集发射设备的存储电路图。使用了一片 1Mx 16bit的Flash和一片4M x 16bit的SDRAM，处理器通过nGCSO与片外的 Flash相连，地址线A1-A20与Flash的AO-A19相连，片外的SDRAM与处理 器的专用SDRAM片选信号nSCSO相连。
图5-4为本实用新型前端采集发射设备的传感器接口电路图。传感器数据通过Ul送入处理器S3C44B0X的串口 0,处理后的数据通过处理器的串口 1被送至射频发送器。
图5-5为本实用新型前端釆集发射设备的射频发送器接口电路图。
图6-1为本实用新型无线监测器的电源电路图。其中1.8V给处理器的核供电，3. 3V给处理器的I/O 口和其他集成芯片提供电源。
图6-2为本实用新型无线监测器的射频接收器接口电路图。
图6-3为本实用新型无线监测器的USB接口电路图，主要提供USB连接。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
权利要求1. 一种煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其特征在于，包括 用于对煤矿环境参数和工况监测参数进行釆集、编码并通过射频发送器进 行发送的前端采集发射设备，用于对所述前端采集发射设备的信号进行接 收的无线监测器。
2. 根据权利要求l所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其特征在于，所述前端釆集发射设备包括对煤矿环境参数或工况监测参数进 行感应并釆集的传感器，对所述传感器采集的电信号进行打包并编码的釆 样控制模块，将所述釆样控制模块的输出信号进行射频发送的射频发送 器。
3. 根据权利要求2所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其 特征在于，所述釆样控制模块为低功耗、主频大于等于64兆赫兹并支持 WinCE和/或Linux操作系统的16/32位微处理器。
4. 根据权利要求2所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其 特征在于，所述釆样控制模块为S3C44B0X处理器；所述射频发送器为 Zigbee射频发送器。
5. 根据权利要求l所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其 特征在于，所述无线监测器包括接收所述前端釆集发射设备发送的射频信 号的射频接收器，对所述射频信号进行解析、处理和比较判断的处理器， 所述处理器的输出信号分别输出至进行显示的显示器，输出至用于保存所 述输出信号的存储模块，输出至用于进行报警的报警模块。
6. 根据权利要求5所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其 特征在于，所述处理器为低功耗、主频大于等于203兆赫兹、支持WinCE 和/或Linux操作系统并具有存储管理单元的处理器。
7. 根据权利要求5所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其 特征在于，所述处理器为S3C2410X处理器。
8. 根据权利要求l所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，其 特征在于，所述无线监测器包括接收所述前端釆集发射设备发送的射频信 号的射频接收器，对所述射频信号进行解析和处理的处理器，将所述处理 器处理后的信号传送到煤矿安全监测监控系统进行显示、存储和报警的通 信模块。
9. 根据权利要求5或8所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测装置， 其特征在于，所述射频接收器为Zigbee射频接收器。
10. 根据权利要求l、 5或8所述的煤矿环境参数及工况参数无线监测 装置，其特征在于，所述无线监测器为手持移动式或固定式。
专利摘要本实用新型涉及一种煤矿环境参数及工况参数无线监测装置，包括用于对煤矿环境参数和工况监测参数进行采集、编码并通过射频发送器进行发送的前端采集发射设备，用于对所述前端采集发射设备的信号进行接收的无线监测器。对井下环境参数的监测采用无线监测技术不仅仅是为节约大量有线电缆，关键是它还将在矿井遇到重大灾害时，破坏了有线传输系统，利用无线监测装置及其自动组网技术可形成无线传输系统，仍然可对井下环境参数进行安全监测，是解决煤矿安全救援救灾的重要监测手段，在煤矿安全生产中具有重要的意义。
文档编号G08C17/02GK201022018SQ20072003120
公开日2008年2月13日 申请日期2007年2月8日 优先权日2007年2月8日
发明者伟 周, 弋 孙, 柏 宋, 华 朱 申请人:西安科技大学