[发明专利]基于ZigBee无线网络技术的矿井安全监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络监控技术、zigbee技术、无线传感器，尤其涉及一种基于ZigBee无线网络技术的矿井安全监控系统。

背景技术

随着社会的进步，自动识别，无线通信，计算机网络等技术日渐成熟，推动了煤矿安全监测的发展，zigbee无线通信技术应用在井下环境监测及矿井人员实时精确定位方面取得了成效。zigbee是IEEE802.15.4协议的代名词。该技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，zigbee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通信技术。

目前，我们常用的短距离无线通信技术主要有红外线，wi-fi,蓝牙，超宽带技术，近距离无线传输和zigbee。红外线只能在两点间通信。我wi-fi传输质量和安全性能需改进。而阻碍蓝牙发展的两因素有成本和距离。超宽带技术的缺点是传输距离短。图3详细比较了这几种技术的优缺点。

传感器实时采集井下气体浓度温湿度等安全信息，通过ZigBee网络无线传输数据，发往监控中心，可在PC机和AＲM控制终端上显示实时信息，当出现险情时可通过GSM发送短信告知用户，短信内容包括超标数据和监测点所在位置，同时地面和井下的声光报警器报警，及时告知用户险情，PC机界面显示遇险情况可通过PC机短信AＲM控制终端控制监测节点的开启和关闭随着网络的扩大，在整个无线网络中可增加路由节点，以实现数据远程传输且监测节点可根据用户需要随意增加或移动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：煤矿井下的环境和人员活动无法进行实施监测。

本发明的目的是提出了一种基于ZigBee无线网络技术的矿井安全监控系统，无线传感器及无线网络技术引入矿井安全监控系统，以无线的方式实时采集井下人员的活动进行跟踪。并且将引进无线网络技术—zigbee技术，引进到煤矿安全系统中来，提出了一套组网灵活，扩展性强，安全可靠的煤矿安全信息采集监控系统，使得煤矿安全系统的信息传输性能和效率得以大大提高，在不增加成本的情况下，力求提高我国煤矿安全的信息技术化进程。

此目的是通过如下方式实现的：

一种基于Zigbee无线网络技术的矿井安全监控系统，其特征在于：包括终端节点设备，用于实现矿工定位、报警、求救功能；无线基站，用于数据转发和路由功能；服务器，用于对数据进行分析，确定并记录入井人员的信息；所述无线基站和所述服务器通过总线连接。终端节点设备用于佩戴在矿工身上，无线基站建立在巷道里，用于传输信号。

进一步地，所述终端节点设备包括zigbee模块，射频前端，报警电路，求救模块、电源以及辅助模块。

进一步地，所述求救模块为求救按钮。

进一步地，所述Zigbee模块用于定位，采用RSSI定位算法。

进一步地，所述终端节点设备还包括工作指示灯。

进一步地，所述服务器内置有电子地图。

本发明的有益效果是：其作为新兴的无线通信技术，zigbee安全监测系统应用低功耗微处理器结合相应外围电路，能够采集温度、湿度和瓦斯浓度数据，能够对井下人员进行实时定位，并能通过zigbee网关将信息传到地面调度中心，有以下特点：

(1)低功耗:由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其它无线设备望尘莫及的。

　(2)成本低:ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5—2.5美元,并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

　(3)时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延30ms,休眠激活的时延是15ms,活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

　(4)网络容量大:一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络,而且网络组成灵活。

　(5)可靠:采取了碰撞避免策略,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。