基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，包括嵌入式網關控制器、ZigBee協調器、具有ZigBee模塊的終端節點以及礦用瓦斯傳感器；所述礦用瓦斯傳感器用于采集礦井下各點瓦斯濃度；終端節點用來控制礦用瓦斯傳感器采集數據和收集所采集的數據，并通過ZigBee網絡與協調器通信；ZigBee協調器用于和嵌入式網關控制器及所有終端節點通信；嵌入式網關控制器用于和ZigBee協調器交互，實現本地操作和遠程操作。本實用新型結構簡單、體積小、成本低、功耗低，便于組網和維護，能夠實現煤礦瓦斯氣體全方位的監測。
【專利說明】
基于Z i gBee無線網絡的煤礦安全監測系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及物聯網信息服務技術領域，特別是一種基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統。
【背景技術】
[0002]近年來，我國煤礦瓦斯爆炸事故頻發，多是由于礦下安全監測不全面、不及時，從而造成大量人員傷亡，帶來重大經濟損失。傳統的煤礦瓦斯監測系統大都通過有線網絡建立，需要在礦下鋪設大量的電源線、網線，加大了工程的難度和成本，且復雜地形很難完全覆蓋，高成本、低覆蓋率的有線網絡監測系統已經適應不了煤礦生產的高安全標準。
[0003]隨著國內物聯網行業進入發展的快車道，ZigBee技術越來越多的被應用到環境、安全監測系統中，利用傳感器技術與ZigBee技術的有機結合，將采集的數據周期性發送到網絡中心節點，進行多點的實時信息監控。ZigBee終端節點具有低功耗特點，可采用電池供電，無需布線，成本低，易于管理和維護，設備體積小，方便放置于各種復雜環境，覆蓋范圍廣。因此，建立一套基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統十分必要。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型需要解決的技術問題是提供一種成本低、覆蓋率高、易于管理和維護的基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案如下。
[0006]基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，包括嵌入式網關控制器、ZigBee協調器、具有ZigBee模塊的終端節點以及礦用瓦斯傳感器;所述礦用瓦斯傳感器用于采集礦井下各點瓦斯濃度;終端節點用來控制礦用瓦斯傳感器采集數據和收集所采集的數據，并通過ZigBee網絡與協調器通信；ZigBee協調器用于和嵌入式網關控制器及所有終端節點通信;嵌入式網關控制器用于和ZigBee協調器交互，實現本地操作和遠程操作;所述ZigBee協調器包括微處理器以及與微處理器連接的天線、復位電路、晶振電路、外圍電路和電源管理模塊，所述微處理器與終端節點之間通過ZigBee網絡通信。
[0007]上述基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，所述煤礦安全監測系統還包括與嵌入式網關控制器互聯的上位機控制器。
[0008]上述基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，所述ZigBee協調器還包括與微處理器連接的串口模塊，串口模塊通過WiFi或以太網與嵌入式網關控制器通信。
[0009]上述基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，所述串口模塊為RS232串口模塊。
[0010]上述基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，所述ZigBee協調器還包括與微處理器連接的用于通過GPRS進行短信收發的信息交互模塊和報警模塊。
[0011 ]由于采用了以上技術方案，本實用新型所取得技術進步如下。
[0012]本實用新型結構簡單、體積小、成本低、功耗低，便于組網和維護，能夠實現煤礦瓦斯氣體全方位的監測。終端節點在ZigBee協調器的控制下實時或周期性的采集數據，其余時間進入休眠狀態，保持低功率消耗，其采集數據可由ZigBee協調器收集并發送到嵌入式網關控制器，對數據處理以實現安全監測;嵌入式網關控制器同時支持以太網和GPRS通信，實現了系統的遠程交互;上位機控制器的數據庫更方便對歷史數據進行查閱和分析，做到防范于未然。無需布線的ZigBee無線網絡系統實現了全方位的礦下安全實時監測，使監測系統實現智能化、可靠化。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結構框圖；
[0014]圖2為本實用新型所述ZigBee協調器的結構框圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結合附圖和具體實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。
[0016]一種基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，其結構如圖1所示，包括上位機控制器、嵌入式網關控制器、ZigBee協調器、終端節點、礦用瓦斯傳感器;終端節點、礦用瓦斯傳感器安裝在煤礦井下需要監測的各個區域，礦用瓦斯傳感器的輸出端連接終端節點的輸入端，終端節點與ZigBee協調器互聯，嵌入式網關控制器分別與ZigBee協調器和上位機控制器互聯。
[0017]礦用瓦斯傳感器用于采集煤礦井下各點瓦斯的濃度值，并實時傳遞給終端節點。本實施例中，礦用瓦斯傳感器采用MC114，其響應速度快、具有良好的重復性和選擇性，橋路輸出電壓呈線性、穩定、可靠。
[0018]終端節點具有ZigBee模塊，用來控制礦用瓦斯傳感器采集數據和收集所采集的數據，并通過ZigBee網絡與ZigBee協調器通信。終端節點具有異步休眠的低功耗特點，所有終端節點在不采集數據期間可進入休眠狀態，以實現低功耗，處在休眠狀態的終端節點，每隔一定時間醒來一次，監聽協調器的喚醒指令。收到協調器喚醒指令后，即啟動礦用瓦斯傳感器采集數據，待采集數據完成，通過RF通信把數據發送給協調器。終端節點采用電池供電，省去礦下布局布線的繁瑣工藝，終端節點上電后自動和Z i g B e e協調器綁定，在Z i g B e e協調器的休眠指令下完成與ZigBee無線網絡中的其它終端節點同步。
[0019]ZigBee協調器，用于和嵌入式網關控制器及所有終端節點通信，協調器管理大量終端節點，信息交互量大，不進入低功耗模式，采用5V直流電源供電。ZigBee協調器的結構如圖2所示，包括微處理器以及分別與微處理器連接的天線、復位電路、晶振電路、外圍電路、電源管理模塊、串口模塊、信息交互模塊和報警模塊，串口模塊優選RS232串口模塊。
[0020]ZigBee協調器具有控制所有終端同步操作的功能，同時喚醒所有休眠終端節點，使所有終端節點在同一時刻采集數據并發送到協調器，以便于整體數據的分析和處理。有兩種控制模式，一種是自動模式，周期性的發送喚醒指令到終端節點，命令終端節點采集數據，然后上傳到嵌入式網關控制器;另一種是手動模式，監測人員想立刻查看當前礦下瓦斯氣體濃度情況時，可命令協調器立即喚醒所有終端節點，進行數據采集。
[0021]微處理器采用TI公司的CC2530芯片，該芯片集成高性能和低功耗的8051微控制器核，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能。
[0022]天線使用50歐倒F狀負極性天線，結構緊湊，適合于進行中遠距離短波通信，以達到最佳通信效果。
[0023]信息交互模塊用于進行GPRS短信收發，即通過GPRS發送短信到監管人員手機，提醒及時處理。
[0024]嵌入式網關控制器通過WiFi或以太網與ZigBee協調器的RS232串口模塊通訊，實現和ZigBee協調器的交互，完成本地操作和遠程操作；嵌入式網關控制器還用于對協調器數據進行分析和處理，通過WiFi或以太網與上位機通信，實現系統的遠程監控。
[0025]上位機控制器收到嵌入式網關控制器采集數據后同樣進行分析、顯示，對異常數據報警，同時上位機控制器還設置有專用數據庫，將數據存入數據庫，供以后查看歷史數據。
[0026]需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。
【主權項】
1.基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，其特征在于:包括嵌入式網關控制器、ZigBee協調器、具有ZigBee模塊的終端節點以及礦用瓦斯傳感器;所述礦用瓦斯傳感器用于采集礦井下各點瓦斯濃度;終端節點用來控制礦用瓦斯傳感器采集數據和收集所采集的數據，并通過ZigBee網絡與協調器通信；ZigBee協調器用于和嵌入式網關控制器及所有終端節點通信;嵌入式網關控制器用于和ZigBee協調器交互，實現本地操作和遠程操作;所述ZigBee協調器包括微處理器以及與微處理器連接的天線、復位電路、晶振電路、外圍電路和電源管理模塊，所述微處理器與終端節點之間通過ZigBee網絡通信。2.根據權利要求1所述的基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，其特征在于:所述煤礦安全監測系統還包括與嵌入式網關控制器互聯的上位機控制器。3.根據權利要求1所述的基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，其特征在于:所述ZigBee協調器還包括與微處理器連接的串口模塊，串口模塊通過WiFi或以太網與嵌入式網關控制器通信。4.根據權利要求3所述的基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，其特征在于:所述串口模塊為RS232串口模塊。5.根據權利要求1所述的基于ZigBee無線網絡的煤礦安全監測系統，其特征在于:所述ZigBee協調器還包括與微處理器連接的用于通過GPRS進行短信收發的信息交互模塊和報警模塊。
【文檔編號】E21F17/18GK205422826SQ201620214915
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月21日
【發明人】范學升, 李偉, 韓學森, 張存生, 王超
【申請人】范學升