[发明专利]一种基于物联网技术的井下通信系统及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于物联网技术的井下通信系统及应用，属于物联网和无线传感器领域。

背景技术

现今的井下通信方案有有线和无线两种方式，其中有线通信主要采用总线方式，无线通信主要有WIFI、井下小灵通等。有线方式，不仅增加了铺设成本，而且不利于已完成项目的改动，而WIFI和井下小灵通又难以满足低功耗的要求。

为了克服现有技术的不足，中国专利CN100501133C公开一种基于传感器网络的井下安全监测系统及方法，但是其缺点在于：

1.没有做到井下网络的独立化管理，导致在一条链路某点断裂后，断点的下游部分将完全崩溃，下游信息将不能够得到记录。

2.井下所有无线通信采用的是同一频段，但是在矿井中，不同环境对无线频谱的吸收不同，同一频段在不同地方的通信距离也不同，因此，使用单频率不能很好的解决数据转发和基站定位并存的问题。

3.没有实现人员在车辆内部的定位，当人员在车辆内部的时候，电磁屏蔽使人员无法与基站进行通信定位。

4.定位功能不应该采用待定位节点间接与基站定位节点通信的方式，否则由于网络拓扑的存在，不能够反映出人员的真实位置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于物联网技术的井下通信系统，本发明还提供一种基于物联网技术的井下通信系统的应用，该应用采用物联网技术完善现有的井下通信的不足，实现对井下生产环境的实时监控、人员物资定位以及抢险救灾。

本发明的技术方案如下：

一种基于物联网技术的井下通信系统，包括井下巷道局域网和井上数据中心，井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接，其特征在于，井下巷道局域网包括人员佩戴节点、车辆装配节点、环境监测节点、巷道传输及定位节点和巷道服务器；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点之间采用无线连接，通信频率为F2；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点分别与巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为F2；巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为F1；巷道传输及定位节点与巷道服务器之间采用无线连接，通信频率为F1；不同局域网之间，巷道服务器与其它巷道传输及定位节点之间采用无线或有线连接，无线连接时通信频率为F1；井下巷道局域网内的巷道服务器通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接。

所述的人员佩戴节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。

所述的车辆装配节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。

所述的环境监测节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。

在上述人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点中所述的微处理器为8位或16位微处理器；所述存储器为flash或EEPROM存储器，所述传感器包括温度传感器、瓦斯传感器、压力传感器。

所述的通信频率为F2的RF射频模块型号优选CC2420或CC2520。

在上述人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点中的微处理器优选MSP430微处理器；优选atmega128微处理器。

所述巷道传输及定位节点，包括微处理器、存储器、通信频率为F1的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；所述存储器、通信频率为F1的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接。巷道传输及定位节点，具有两大功能：一是负责整套系统的信息传输服务，二是对巷道内移动物体实现定位，此类节点在定位功能中，其地理位置可灵活设定，为待测节点提供参考信息。

所述的巷道传输及定位节点中的微处理器为16位、ARM7或cortex-M3微处理器之一。

所述的巷道传输及定位节点中的微处理器优选STM32系列或MSP430系列微处理器。

所述巷道服务器，包括微处理器、硬盘、数据库、通信频率为F1的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；硬盘、数据库、通信频率为F1的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接。

所述的通信频率为F1的RF射频模块优选型号为CC1100的RF射频模块。