[发明专利]一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井安全监测系统，更具体地，涉及一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统。

背景技术

近年来，矿井开采造成的各种矿难事故仍然频发，矿井安全正成为我国工业安全生产工作的重中之重。

虽然现有的矿井安监领域的产品设备，尤其是危险气体报警产品已经得到较大的普及，但剖析其工作原理，基本上都是利用简单的气体传感器采集危险气体浓度信号，并在浓度超标后报警。这种传统的报警型矿井安全产品功能相对单一，在预防矿井事故和突发情况处理中所能起到的作用极为有限。

目前建立的能够传输矿下采集的井下环境信号的安监系统，均需要铺设井下线路。这不仅成本巨大难以普及，也增加了井下工作环境的复杂性。而且随着采矿的进行，矿井不断延伸，使得现有的安监系统难以完全覆盖整个矿井，矿井延伸出的空间在现有的条件下不可能得到实时的监测，因而相当数量的矿工实际上仍然处于对井下环境缺乏实时监控的工作环境当中，当瓦斯等危险气体的局部超标时就会引发矿难。这也就是即使井下具有一定的监测设备的矿山，仍然时有矿难发生的原因。可见，现有的矿井安监系统不能完全满足需求。

近年来，无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)技术和ZigBee技术得到了较迅速的发展。无线传感器网络由大量传感器节点组成，传感器节点被密集地放置于测量环境当中，大量的传感器节点以自组织的方式组成网络，节点对探测到的信息进行初步处理后，以多跳中继的方式将信息传送至汇聚节点，然后通过互联网等途径到达用户终端所在的管理节点，而用户终端也可以通过管理节点对无线传感器网络进行管理。

为了满足小型低成本设备的无线联网要求，2000年IEEE成立IEEE 802.15.4工作组，研究开发了ZigBee技术，即一种低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。ZigBee技术利用无线数传模块形成一个无线数传网络平台，各个无线数传模块之间可以相互通信。基于ZigBee技术的无线传感器网络，使数据的自动采集、分析处理，以及网络组建和数据传输变得更加容易。

基于ZigBee技术的无线传感器网络能够适用于不需要很高的数据吞吐量和连续状态更新的工业应用，并且具有低功耗和低成本的优势。但是，目前这项技术并未在矿井安全监测领域得到应用。

我国从事井下开采工作的矿工约有六百万人以上，安全生产问题事关重大，人员安全始终是重中之重。因此，迫切地需要一种能够实现信号无线传输，井下实时监测，成本较低的矿井安全监测系统，从而克服现有的矿井安全监测系统存在的建设成本过高、功能单一、监测范围受限的缺陷，改善矿井安全环境，及时发现矿难苗头，防患于未然，维护矿工的生命安全。

发明内容

本发明提供了一种基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统，该系统能够首先利用传感器对有害气体等井下环境参数进行传感，通过数据采集和处理进行井下环境参数信号的采集以及输出，最后利用ZigBee技术建立无线传感器网络，实现和矿井外界的无线数据交换，并对井下采集的环境数据进行存储和管理，以及进一步的高级处理，例如分析和预测预警等。

所述基于ZigBee的矿井安监无线传感器网络系统包括：

便携式井下安全监测模块，实时监测获取井下的环境参数数据，并按照ZigBee传输协议发出所述环境参数数据；

至少一个ZigBee路由节点，依次接收并传递所述环境参数数据，直至将所述环境参数数据传递至数据处理中心系统；

数据处理中心系统，存储并分析处理所述环境参数数据，对井下环境进行预警。

优选地，所述便携式井下安全监测模块包括：

多类型传感器模块，用于实时对井下的多种类型的环境参数进行传感形成环境参数信号；

数据采集和处理模块，用于对所述环境参数信号进行采集、处理，生成环境参数数据并输出；

ZigBee发射模块，按照ZigBee传输协议向外发出所述环境参数数据。

其中，所述多种类型的环境参数包括井下的甲烷气体浓度参数，一氧化碳气体浓度参数，硫化氢气体浓度参数，氧气浓度参数，温度参数以及湿度参数。

优选地，所述便携式井下安全监测模块设置于井下工作人员的安全帽内。

优选地，所述数据处理中心系统具有：

ZigBee接收模块，从所述ZigBee路由节点接收所述环境参数数据；

数据中心，用于存储和预处理所述环境参数数据；