[发明专利]矿井井下智能无线监控与定位系统基站

说明书

技术领域

本发明是一种矿井井下智能无线监控与定位系统基站，属于矿井井下定位与监控领域。

背景技术

建立煤矿井下完善的监控体系和精确的人员定位系统是目前贯彻以“预防为主”的安全生产理念的前提条件。无线基站是完善监控和精确定位的基础。目前一些专利涉及了这方面的研究。

CN 201096877Y公布了一种基于ZIGBEE的无线定位系统。该专利主要问题是：(1)只是利用当前的信息来定位，而不是将历史数据和现在数据融合进行定位；(2)没有融合矿井监控功能。

CN 101369944A提出了基于ZIGBEE和RFID的矿井无线定位系统及其布设方法。采用RFID进行定位，通过ZIGBEE进行定位信息的发送。此专利的主要问题：(1)没有结合定位与监控；(2)RFID是单向的；(3)只是利用当前的信息来定位，而不是将历史数据和现在数据融合进行定位；

CN200710171812.2井下煤矿人员实时无线定位方法提出了一种井下煤矿人员实时无线定位方法，采用基于无线节点射频信号强度的分布式实时定位方法或接收信号功率指标。RSSI与实际距离之间的转换方法。但是无线信号的强度受到的干扰因素太多，比如当人体进入该场景时，也会影响无线信号的强度。因此定位不准确。

CN200620101832.3矿井工作人员定位系统提出了无线定位和监控的一个概念，但是对于矿井定位的关键问题：如何利用无线系统进行准确的定位，该专利并没有提出新的算法。

CN201234272Y煤矿井下无线传感器网络节点设备。提出了煤矿井下基于无线传感器网路的人员定位和环境监测的硬件平台。但是对于矿井救援和监控来说，这些硬件是最基本也是最常规的，该专利并没有解决如何利用这些设备进行矿井定位的系统问题，仅仅涉及一些硬件。同时该设备也没有解决移动节点传感器的标定和精度问题。

CN201408358Y提出了一种基于无线传感器网络的矿井监控设备。但是该设备在实际中无法应用：(1)没有解决传感器的标定，因此容易经常导致误报；(2)没有有效的定位方案。CN101621431A煤矿井下无线传感器网络节点设备。提出了基于无线传感器网络的人员定位和环境监测的硬件平台。但该设备没有解决有效的利用矿井现有条件组网问题，因为无线信号在井下干扰大，有时无法发送数据，导致矿井监控不利。关键的传感器固定节点应该采用有线通讯方式。同时该设备没有解决基于融合方法的定位问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术产品的缺陷，提供一种新的矿井井下智能无线监控与定位系统基站，与其它无线基站所不同的是：本发明无线基站实现了有线和无线通讯无缝切换；当井下发生矿井事故交流电切断时，无线基站照样能工作，为救援提供信息保证。

本发明是这样实现的：一种矿井井下智能无线监控与定位系统基站，包括核心处理器、电源系统、通讯接口、气体传感器，所述核心处理器中设有嵌入式软件，其特征在于：所述核心处理器为ARM处理器，所述通讯接口由分别与核心处理器相连的无线ZigBee模块、工业CAN总线接口组成，所述无线ZigBee模块与核心处理器通过SPI口连接通讯。

所述电源系统包括电源管理模块、与电源管理模块分别相连的电池、防爆开关电源，所述防爆开关电源与井下交流电相连。

所述电池为锂电池或铅酸电池。

所述无线ZigBee模块与工业CAN总线接口通过无缝切换的方式进行相互切换。

所述核心处理器的嵌入式软件中设有定时中断、SPI中断和CAN中断三个中断，在定时中断中，采集气体传感器数据，检测工业CAN总线是否通讯正常，当工作正常时，通过工业CAN总线接口将气体传感器的数据发送给中继站，当工业CAN总线不能正常工作时，通过SPI接口发送给无线ZigBee模块一个标志字节，这样无线ZigBee模块将自己设为路由器，直接将信号数据通过无线方式发送给下个无线基站。当SPI接收到来自无线ZigBee模块的数据时，将数据打包通过工业CAN总线接口发送给中继站。

本发明矿井井下智能无线监控与定位系统基站由硬件和嵌入式软件组成。在硬件系统中，其电源有两种供应方式，(1)电池，可以是锂电池，也可以是铅酸电池。(2)井下交流电。两种电源同时接入，通过电源管理模块进行管理。当有交流电时，直流电停止工作，由交流电工作。如果此时直流电电池的电压不足时，交流电对直流电池进行充电。当交流电停电时，直流电自动工作。