專利名稱：礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井監(jiān)控的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國的煤礦安全生產(chǎn)形式十分嚴(yán)峻。隨著開采深度的不斷延伸，各煤礦的煤層瓦斯含量呈上升趨勢，部分低瓦斯礦井延伸至高瓦斯區(qū)，由此造成礦井高產(chǎn)高效與高瓦斯涌出量的矛盾越來越突出，瓦斯事故成為影響煤礦安全生產(chǎn)的主要事故。在含有甲烷等爆炸性氣體的礦井中，安全問題是重中之重，礦井中環(huán)境復(fù)雜多變， 需要對(duì)多種環(huán)境進(jìn)行檢測，目前，礦井中的環(huán)境監(jiān)測儀器多數(shù)只能單一的監(jiān)測某一種環(huán)境參數(shù)，不能對(duì)多種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并通過線纜的方式傳送數(shù)據(jù)，使得監(jiān)測儀器的放置區(qū)域受到很大的限制，而且，這些監(jiān)測儀器不能對(duì)救援人員的生命體征參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測；給煤礦安全和生產(chǎn)管理及救援的工作造成潛在的危險(xiǎn)性，不能對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行綜合分析和科學(xué)判斷，以確保煤礦救援工作的順利進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，用于含有甲烷等爆炸性氣體的礦井，通過對(duì)井下關(guān)鍵生產(chǎn)場所環(huán)境參數(shù)，如甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度和井內(nèi)溫度，以及救援人員生命體征信息，如體表溫度、心率、呼吸頻率、速度、加速度以及身體姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以便對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行綜合分析和科學(xué)判斷，確保煤礦救援工作的順利進(jìn)行。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面部分和井下部分；地面部分包括 監(jiān)控主機(jī)、無線接收器、監(jiān)視器和報(bào)警器；井下部分包括無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀、環(huán)境參數(shù)傳感器、生命體征參數(shù)傳感器、無線中繼器、視頻采集裝置、語音裝置；所述的無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀作為井下信息收集處理的基本單元，配接環(huán)境參數(shù)傳感器和生命體征參數(shù)傳感器組成前置采集群體，將采集的井下環(huán)境及救援人員生命體征信息通過所述的無線中繼器和所述的無線接收器傳輸給地面部分的所述監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行集中分析處理，以完成對(duì)井下環(huán)境及救援人員的安全監(jiān)測。進(jìn)一步，采用專用監(jiān)測軟件指揮并掃視著通訊收集到的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與預(yù)先置入內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比較，提取其中越警的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并通過報(bào)警器發(fā)
出聲音警報(bào)。進(jìn)一步，所述的無線接收器和所述的無線中繼器之間以及中繼器之間采用的傳輸方式包括802. Ilb無線局域網(wǎng)連接。進(jìn)一步，所述的無線中繼器與所述的無線采集儀之間采用的傳輸方式是跳頻技術(shù) FSHH連接。進(jìn)一步，所述的無線采集儀與所述的環(huán)境參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是RS485，所述的采集儀與所述的生命體征參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是藍(lán)牙。進(jìn)一步，所述的環(huán)境參數(shù)傳感器采集井下的環(huán)境參數(shù)，包括甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度以及井內(nèi)溫度。進(jìn)一步，所述的生命體征參數(shù)傳感器采集救援人員生命體征參數(shù)，包括體表溫度、心率、呼吸頻率以及身體姿態(tài)。進(jìn)一步，所述的視頻采集裝置與所述的無線中繼器建立無線連接，視頻采集裝置實(shí)時(shí)采集井下的圖像信息，通過無線中繼傳到地面部分，以監(jiān)控井下真實(shí)的情況。進(jìn)一步，所述的語音裝置與所述的無線中繼器建立無線連接，語音裝置采用雙工語音通信的方式和地面部分進(jìn)行實(shí)時(shí)通話。進(jìn)一步，地面與井下是通過所述的無線中繼站與所述的無線接收器之間的無線通訊方式，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。本發(fā)明公開的一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，簡單易用，輕便易攜帶，可由救援人員攜帶至礦井下，短時(shí)間內(nèi)迅速無線自組網(wǎng)，將井下的環(huán)境數(shù)據(jù)、圖像信息、語音數(shù)據(jù)、 救援人員生命體征數(shù)據(jù)傳至地面指揮中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。


下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖；圖2為本發(fā)明礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)工作示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖。如圖1所示，該裝置由兩部分組成，地面部分和井下部分，井下部分包括信號(hào)檢測采集部分和無線中繼裝置，地面部分包括無線接收裝置和信號(hào)處理設(shè)備，其中，信號(hào)檢測采集部分可以被救援人員隨身攜帶到井下，包括前置數(shù)據(jù)采集裝置、視頻采集裝置和語音裝置；信號(hào)處理設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)、 監(jiān)視器和報(bào)警器。無線中繼裝置和無線接收裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)礦井區(qū)的信號(hào)全覆蓋。信號(hào)檢測采集部分對(duì)參數(shù)進(jìn)行檢測、采集、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過無線中繼裝置和無線接收裝置傳輸?shù)叫盘?hào)處理設(shè)備，信號(hào)處理設(shè)備對(duì)接收到的信號(hào)分析處理后，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。圖2為本發(fā)明礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)工作示意圖，如圖2所示礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)包括地面部分和井下部分；地面部分，由監(jiān)控主機(jī)、無線接收器、打印機(jī)、監(jiān)視器和報(bào)警器組成。井下部分，由無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀、環(huán)境參數(shù)傳感器、生命體征參數(shù)傳感器、無線中繼器、視頻采集裝置和語音裝置組成。井下部分的無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀作為井下信息收集處理的基本單元，它配接環(huán)境參數(shù)傳感器和生命體征參數(shù)傳感器組成前置采集裝置，將采集的信息通過無線中繼器、 無線接收器傳輸給地面部分進(jìn)行集中處理，共同完成對(duì)井下環(huán)境及救援人員的安全監(jiān)測。井下部分的環(huán)境參數(shù)傳感器和生命體征參數(shù)傳感器將各種需要監(jiān)測、監(jiān)控的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給無線數(shù)據(jù)采集儀，由數(shù)據(jù)采集儀完成信息采集功能，其中，環(huán)境參數(shù)傳感器采集井下的環(huán)境參數(shù)，如，甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度以及井內(nèi)溫度；生命體征參數(shù)傳感器采集救援人員生命體征參數(shù)，如，體表溫度、心率、呼吸頻率、速度、加速度以及身體姿態(tài)；視頻采集裝置、語音裝置與無線中繼器建立無線連接，視頻采集裝置實(shí)時(shí)采集井下的圖像信息，語音裝置采用雙工語音通信的方式和地面進(jìn)行實(shí)時(shí)通話。地面部分是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的信息處理中心，監(jiān)控主機(jī)包含專用監(jiān)測管理軟件，其專用監(jiān)測管理軟件指揮并掃視通訊收集到的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與預(yù)先置入內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比較，提取其中越警的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并通過報(bào)警器發(fā)出聲音警報(bào)；軟件可以按照用戶的使用要求，自選時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，定期生成數(shù)據(jù)庫文件和一些日志文件； 通過監(jiān)視器、打印機(jī)等外部設(shè)備輸出完整、精確的監(jiān)測結(jié)果。地面與井下是通過無線中繼站與無線接收器之間的無線通訊方式，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。其中，無線接收器和無線中繼器之間以及中繼器之間采用的傳輸方式是802. Ilb 無線局域網(wǎng)連接，中繼器與采集儀之間采用的傳輸方式是跳頻FSHH連接，采集儀與環(huán)境參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是RS-485通訊方式，采集儀與生命體征參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是藍(lán)牙。其中，F(xiàn)HSS，跳頻技術(shù)(Frequency-HoppingSpread Spectrum)在同步、且同時(shí)的情況下，接受兩端以特定型式的窄頻載波來傳送訊號(hào)，對(duì)于一個(gè)非特定的接受器，rass所產(chǎn)生的跳動(dòng)訊號(hào)對(duì)它而言，只算是脈沖噪聲。rass所展開的訊號(hào)可依特別設(shè)計(jì)來規(guī)避噪聲或 One-to-Many的非重復(fù)的頻道，并且這些跳頻訊號(hào)必須遵守FCC(美國聯(lián)邦通訊委員會(huì))的要求，使用75個(gè)以上的跳頻訊號(hào)、且跳頻至下一個(gè)頻率的最大時(shí)間間隔(Dwell Time)為 400ms ο跳頻(frequency hopping)是一種利用載波跳變實(shí)現(xiàn)頻譜展寬的擴(kuò)頻技術(shù)，其方法是把一個(gè)寬頻段分成若干個(gè)頻率間隔(稱為頻道，或頻隙)，由一個(gè)偽隨機(jī)序列控制發(fā)射機(jī)在某一特定的駐留時(shí)間所發(fā)送信號(hào)的載波頻率。當(dāng)接收機(jī)的本地振蕩信號(hào)頻率與接收機(jī)輸入信號(hào)的頻率按同一規(guī)律同步跳變，那么，經(jīng)過變頻以后，將得到一個(gè)固定的中頻信號(hào)即把原來的頻率跳變解除，這一過程稱解跳或去跳。跳頻可分為慢跳頻和快跳頻。慢跳頻是指跳頻速率低于信息比特率，即每跳可傳輸連續(xù)幾個(gè)信息比特?？焯l是指跳頻速率高于信息比特率，即一個(gè)信息比特需要多跳來傳輸。跳頻還可分為單通道跳頻和雙通道跳頻。跳頻通信原理發(fā)送端在時(shí)鐘控制下，偽碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列去控制頻率合成至生成跳頻載波系列，稱做跳頻圖案。接收端的預(yù)調(diào)制濾波器是一種中心頻率隨信號(hào)跳頻式樣而同步跳變的窄帶濾波器(通頻帶允許所需信號(hào)通過)，目的在于增加接收機(jī)的時(shí)間選擇性，減少強(qiáng)干擾對(duì)接收機(jī)可能弓I起的阻塞現(xiàn)象。接收的跳頻載波序列若與本地產(chǎn)生的跳頻序列圖案一致，則經(jīng)混頻后可得到一個(gè)固定的中頻信號(hào)，再經(jīng)解調(diào)獲得輸出。若外來跳頻圖案與本地圖案不一致，則得不到一個(gè)固定的中頻信號(hào)，解調(diào)后只是一些噪聲而得不到有用的輸出。因此時(shí)間同步是跳頻通信的關(guān)鍵技術(shù)。調(diào)制方式可根據(jù)跳頻信號(hào)的特征進(jìn)行選擇。在跳頻系統(tǒng)中不宜采用對(duì)相位要求嚴(yán)格的調(diào)制方式。因?yàn)樵谔l通信系統(tǒng)中，接收機(jī)的本地載波要做到與外來信號(hào)的載波在相位上保持相干是很困難的。因此，宜用非相干檢測方式。頻率合成器是跳頻通信系統(tǒng)的重要組成部分。頻率合成器的性能將制約跳頻速率。對(duì)頻率合成器的要求是跳頻速率快、雜散電平低和功耗小。頻率合成器進(jìn)行頻率跳變時(shí)，一般有2個(gè)階段一個(gè)是過渡期(暫態(tài)時(shí)間)，一個(gè)是滯留期(穩(wěn)態(tài)時(shí)間)。要求過渡期盡量的要短，以實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例的具體可考核指標(biāo)監(jiān)測主機(jī)1)便攜式電腦，額定工作電壓AC220V，電源波動(dòng)范圍-10% +10%2) CPU Intel奔騰IV處理器，主頻2. OGHz以上3)內(nèi)存512Mb4)硬盤80G以上(雙硬盤)5)顯卡標(biāo)準(zhǔn)VGA，16位真彩色6)顯示器分辨率1024*768無線接收器1)防爆型式礦用本質(zhì)安全型；2)防爆標(biāo)志[Exib] I ；3)額定工作電壓DC 12V，電源波動(dòng)范圍士 10%，單體電池連續(xù)工作時(shí)間2小時(shí)以上；4)與計(jì)算機(jī)通訊a)傳輸方式以太網(wǎng)接口，RJ45b)最大傳輸距離為50mc)最大傳輸速率100Mbps5)與礦用無線中繼站KJ30-ZW通訊a)傳輸方式802. libb)最大傳輸距離為500mc)最大傳輸速率54Mbps礦用無線中繼站最大中繼器級(jí)數(shù)12級(jí)1)防爆型式礦用本質(zhì)安全型；2)防爆標(biāo)志=Exib I ；3)額定工作電壓DC 12V，電源波動(dòng)范圍士 10%，單體電池連續(xù)工作時(shí)間2小時(shí)以上；4)中繼器與中繼器，接收器之間的a)傳輸方式802. libb)最大傳輸速率54Mbps ；c)最大傳輸距離500m ；5)中繼器與采集儀之間的傳輸方式a)傳輸方式fHSSb)最大傳輸速率800Kbps ；
c)最大傳輸距離5000m ；無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀系統(tǒng)接入的采集儀數(shù)量為16臺(tái)1)防爆型式礦用本質(zhì)安全型；2)防爆標(biāo)志Exib I ；3)額定工作電壓DC 12V，電源波動(dòng)范圍士 10%，單體電池連續(xù)工作時(shí)間2小時(shí)以上；4)采集儀與中繼器之間a)傳輸方式fHSSb)最大傳輸速率800Kbps ；c)最大傳輸距離5000m ；5)采集儀與環(huán)境參數(shù)傳感器a)傳輸方式RS485b)最大傳輸速率57. 6Kbps ；c)最大傳輸距離10m;6)采集儀與生命體征參數(shù)傳感器a)傳輸方式藍(lán)牙b)最大傳輸速率1Mbps ；c)最大傳輸距離3m ；本發(fā)明公開的一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面部分和井下部分；其特征在于，地面部分包括監(jiān)控主機(jī)、無線接收器、監(jiān)視器和報(bào)警器；井下部分包括無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀、環(huán)境參數(shù)傳感器、生命體征參數(shù)傳感器、無線中繼器、視頻采集裝置、語音裝置；所述的無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀作為井下信息收集處理的基本單元，配接環(huán)境參數(shù)傳感器和生命體征參數(shù)傳感器組成前置采集群體，將采集的井下環(huán)境及救援人員生命體征信息通過所述的無線中繼器和所述的無線接收器傳輸給地面部分的所述監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行集中分析處理，以完成對(duì)井下環(huán)境及救援人員的安全監(jiān)測。該系統(tǒng)簡單易用，輕便易攜帶，可由救援人員攜帶至礦井下，短時(shí)間內(nèi)迅速無線自組網(wǎng)，將井下的環(huán)境數(shù)據(jù)，圖像信息，救援人員生命體征數(shù)據(jù)傳至地面指揮中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。應(yīng)該注意，雖然以上是參考具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明的，但這并不意味是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求而不是具體實(shí)施方式
來限定的。
權(quán)利要求
1.一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面部分和井下部分；其特征在于，地面部分包括監(jiān)控主機(jī)、無線接收器、監(jiān)視器和報(bào)警器；井下部分包括無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀、環(huán)境參數(shù)傳感器、生命體征參數(shù)傳感器、無線中繼器、視頻采集裝置、語音裝置；所述的無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀作為井下信息收集處理的基本單元，配接環(huán)境參數(shù)傳感器和生命體征參數(shù)傳感器組成前置采集群體，將采集的井下環(huán)境及救援人員生命體征信息通過所述的無線中繼器和所述的無線接收器傳輸給地面部分的所述監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行集中分析處理，以完成對(duì)井下環(huán)境及救援人員的安全監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，采用專用監(jiān)測軟件指揮并掃視著通訊收集到的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與預(yù)先置入內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行比較， 提取其中越警的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并通過報(bào)警器發(fā)出聲音警報(bào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線接收器和所述的無線中繼器之間以及中繼器之間采用的傳輸方式包括802. Ilb無線局域網(wǎng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線中繼器與所述的無線采集儀之間采用的傳輸方式是跳頻技術(shù)FSHH連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線采集儀與所述的環(huán)境參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是RS485，所述的采集儀與所述的生命體征參數(shù)傳感器之間采用的傳輸方式是藍(lán)牙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的環(huán)境參數(shù)傳感器采集井下的環(huán)境參數(shù)，包括甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度以及井內(nèi)溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的生命體征參數(shù)傳感器采集救援人員生命體征參數(shù)，包括體表溫度、心率、呼吸頻率以及身體姿態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的視頻采集裝置與所述的無線中繼器建立無線連接，視頻采集裝置實(shí)時(shí)采集井下的圖像信息，通過無線中繼傳到地面部分，以監(jiān)控井下真實(shí)的情況。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的語音裝置與所述的無線中繼器建立無線連接，語音裝置采用雙工語音通信的方式和地面部分進(jìn)行實(shí)時(shí)通話。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，地面與井下是通過所述的無線中繼站與所述的無線接收器之間的無線通訊方式，完成地面部分與地下設(shè)備及人員的信息傳輸及命令發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明公開一種礦用無線混頻多數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面和井下部分；地面部分包括監(jiān)控主機(jī)、無線接收器、監(jiān)視器和報(bào)警器；井下部分包括無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀、環(huán)境參數(shù)傳感器、生命體征參數(shù)傳感器、無線中繼器、視頻采集裝置等；無線便攜多數(shù)據(jù)采集儀，配接環(huán)境參數(shù)傳感器和生命體征參數(shù)傳感器組成前置采集群體，將采集的井下環(huán)境及救援人員生命體征信息通過所述的無線中繼器和所述的無線接收器傳輸給地面部分的監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行集中分析處理。該系統(tǒng)簡單易用，輕便易攜帶，可由救援人員攜帶至礦井下，短時(shí)間內(nèi)迅速無線自組網(wǎng)，將井下的環(huán)境數(shù)據(jù)，圖像信息，救援人員生命體征數(shù)據(jù)傳至地面指揮中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)井下環(huán)境及人員的安全監(jiān)測。
文檔編號(hào)E21F17/18GK102367743SQ20111032467
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者姚永輝, 溫良, 王紅堯 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院