[发明专利]煤矿井下无线传感器网络节点设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种在煤矿井下基于无线传感器网络的人员定位和环境监测的硬件平 台，特别是一种煤矿井下无线传感器网络节点设备。

背景技术

煤矿井下工作环境是一个地质环境复杂，各种有害气体、不明水体逸出的恶劣环境。 由于井下作业人员的流动性大，工作环境复杂，一旦意外事故发生，井下人员的确切数 量、每个人所处的具体位置都很难确定，给营救工作带来极大困难，常常会延误营救的 最佳时机，造成严重后果。

目前，井下人员一般采用基于射频技术的井下人员定位系统。基于射频技术的井下 人员定位系统一般由识别卡、识别分站组成。井下人员随身携带写有唯一编号的电子识 别卡，巷道的识别分站发射询问信号，接收员工电子识别卡的应答信号，从而实现员工 的定位。基于射频技术的井下人员定位系统对井下人员位置的实时监控起到了一定的作 用，但是还处于探索阶段，应用尚不成熟。这种定位系统和方法存在以下一些问题：1)定 位精度低。定位精度取决于识别分站间的距离，一般的电子识别卡定位方式中识别分站 的距离是几十米的能力，所以定位系统的定位精度只是几十米，不能精确定位，对于紧 急情况的救援只能提供有限的帮助；2)射频卡一般是被动卡，只能应答固定的询问。在 发生意外情况下，员工仅仅依靠电子识别卡确定事故发生之前的大概位置，而不能与识 别分站进行双向通信。3)由于煤矿井下环境以及射频基站成本的限制，不可能布置众多 的射频基站，这样造成了对人员的检测只能是非连续的，存在定位漏区。4)需要布置数 量众多的识别分站，而且识别分站之间主要通过有线连接，布线困难、成本高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种定位精度高、布线简单、成本低的煤矿井下无线传感器 网络节点设备。

本发明的目的是这样实现的：该煤矿井下无线传感器网络节点设备有无线传感器固 定节点和无线传感器移动节点，固定传感器节点安放在煤矿井下巷道壁上，每隔一段距 离安放一个，移动传感器节点佩带在井下人员身上，随井下人员的移动而移动。

所述的无线传感器固定节点由固定ID信息模块、固定ID接收电路、固定传感器模 块、固定电源模块、固定电源控制电路、固定CC2430片上系统、固定串口通信模块、 固定电平转换电路、固定外部FLASH存储器、固定无线通信电路组成，固定ID信息模 块通过固定ID接收电路与固定CC2430片上系统连接；固定电源模块通过固定电源控 制电路与固定CC2430片上系统连接；固定串口通信模块通过固定电平转换电路与固定 CC2430片上系统连接；固定传感器模块、固定外部FLASH存储器和固定无线通信电路 均与固定CC2430片上系统连接。

所述的无线传感器移动节点由移动ID信息模块、移动ID接收电路、移动电源模块、 移动电源控制电路、移动CC2430片上系统、移动串口通信模块、移动电平转换电路、 移动无线通信电路组成，移动ID信息模块通过移动ID接收电路与移动CC2430片上系 统连接；移动电源模块通过移动电源控制电路与移动CC2430片上系统连接；移动串口 通信模块通过移动电平转换电路与移动CC2430片上系统连接；移动无线通信电路与移 动CC2430片上系统连接。

无线传感器固定节点和无线传感器移动节点的固定电源控制电路和移动电源控制电 路有DC-DC控制电路和本质安全电源保护电路，DC-DC控制电路与本质安全电源保护 电路相连接。

DC-DC控制电路包括有集成电路U5集成电路的1脚通过电阻与电池连接，1脚还 通过电阻接地，2脚、3脚、4脚、5脚和8脚、9脚均通过电阻或者电容接地，6脚接地， 7脚与场效应管的栅极连接，场效应管的源极和漏极一端接地，一端通过电感受与电池连 接，10脚通过电容、电阻和稳压管分别与9脚和3脚连接，9脚为输出端。