一種基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金控制領(lǐng)域和信息技術(shù)領(lǐng)域，具體而言是一種基于Zigbee技術(shù)的智能信息采集與信息融合裝置，用于礦山尾礦庫安全評(píng)估與預(yù)警。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明的應(yīng)用背景為冶金過程中礦山尾礦庫的安全評(píng)估與預(yù)警。在冶金領(lǐng)域中，尾礦庫是用來儲(chǔ)存的大型容器，一般通過構(gòu)筑堤壩建造而成，用以堆存礦山尾礦或其他工業(yè)廢渣。尾礦庫是一個(gè)具有高勢(shì)能的危險(xiǎn)源，存在潰壩危險(xiǎn)，一旦失事，容易造成重特大事故。目前來看，我國礦業(yè)領(lǐng)域中，尾礦庫基數(shù)巨大、分布廣泛，很多尾礦庫建造時(shí)間久遠(yuǎn)，損耗嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境的干擾和抵抗能力逐漸下降，存在較大的安全隱患。因此，做好礦山尾礦庫安全評(píng)估與預(yù)警意義十分重大，關(guān)系到尾礦庫區(qū)域人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。傳統(tǒng)的尾礦庫安全檢測(cè)主要由人工完成，受到生產(chǎn)狀態(tài)、天氣狀況、檢測(cè)條件等諸多因素影響，尾礦庫的安全評(píng)估存在較大誤差。此外，這種非實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式使得尾礦庫大多數(shù)情況下處于一種無監(jiān)控狀態(tài)，一旦發(fā)生狀況，會(huì)造成很嚴(yán)重的后果，危及礦業(yè)安全生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理方法及系統(tǒng)，能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效防范和遏制重特大事故發(fā)生。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理方法，在礦山區(qū)域安裝多種傳感器，通過傳感器進(jìn)行礦山尾礦庫實(shí)時(shí)信號(hào)的提取，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)變送器處理后傳輸?shù)叫盘?hào)采集終端，再經(jīng)過Zigbee協(xié)議將信號(hào)傳輸?shù)绞殖痔幚斫K端，完成信號(hào)融合處理工作。
[0005]本發(fā)明還提供一種基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)，系統(tǒng)包括傳感器、信號(hào)變送器、信號(hào)采集終端、手持處理終端、附件，其中傳感器和信號(hào)變送器直接相連接，信號(hào)變送器和信號(hào)采集終端直接相連接，信號(hào)采集終端和手持處理終端通過無線網(wǎng)絡(luò)相連接，傳感器安裝于在礦山區(qū)域，通過信號(hào)傳感器進(jìn)行礦山尾礦庫實(shí)時(shí)信號(hào)的提取，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)變送器處理后傳輸?shù)叫盘?hào)采集終端，再經(jīng)過Zigbee協(xié)議將信號(hào)傳輸?shù)绞殖痔幚斫K端，完成信號(hào)融合處理工作。
[0006]本發(fā)明采用現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感器技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對(duì)尾礦庫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)宏觀、微觀相結(jié)合的全方位角度監(jiān)測(cè)，有助于提升尾礦庫安全保障水平，有效防范和遏制重特大事故發(fā)生。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明實(shí)施例裝置硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明實(shí)施例功能模塊示意圖。
[0009]圖3為本發(fā)明實(shí)施例信號(hào)流向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)包括7個(gè)傳感器、10個(gè)信號(hào)變送器、5個(gè)信號(hào)采集終端、I個(gè)手持處理終端，附件包括10節(jié)10450鋰電池、2節(jié)18650鋰電池、6個(gè)雙路鋰電池充電器、6根增益天線、I個(gè)程序調(diào)試器、I個(gè)鋁合金收納箱。傳感器和信號(hào)變送器相互靠近且信號(hào)相互連接，信號(hào)流向由傳感器傳輸?shù)叫盘?hào)變送器，I個(gè)傳感器連接I個(gè)信號(hào)變送器，連接方式為有線連接；信號(hào)變送器和信號(hào)采集終端相互靠近且信號(hào)相互連接，2個(gè)信號(hào)變送器連接I個(gè)信號(hào)采集終端，連接方式為有線連接；信號(hào)采集終端和手持處理終端不相互靠近但信號(hào)相互連接，5個(gè)信號(hào)采集終端連接I個(gè)手持處理終端，連接方式為Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)連接。
[0011]本發(fā)明實(shí)施例用于礦山尾礦庫實(shí)時(shí)信息監(jiān)測(cè)與提取，首先是在礦山尾礦庫區(qū)域安置傳感器，獲取尾礦庫實(shí)時(shí)狀態(tài)，此時(shí)信號(hào)由實(shí)際的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；之后在將信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)變送器，轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，供信號(hào)采集終端接收預(yù)處理；信號(hào)采集終端進(jìn)行預(yù)處理后，濾除無效以及錯(cuò)誤信號(hào)，將有效信息按照一定的周期通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到手持處理終端；手持處理終端為人機(jī)交互終端，主要交互界面為8寸電阻式觸摸屏，用來顯示各個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)信息和歷史數(shù)據(jù)信息。人機(jī)交互終端所獲取的信息可以再次通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至計(jì)算機(jī)串口，讀取至計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，為下一步多元信息融合以及關(guān)鍵特征提取提供數(shù)據(jù)支持。
[0012]現(xiàn)具體說明如下。
[0013]首先在礦山尾礦庫區(qū)域安裝多種信號(hào)傳感器，進(jìn)行實(shí)時(shí)信息監(jiān)測(cè)，這些信息包括:降雨量、庫水位、滲流量、5#浸潤線、14#浸潤線、壩體位移-X、壩體位移-Y、壩體位移-Z、干灘長度-東側(cè)、干灘長度-西側(cè)，共10種信號(hào)。降雨量檢測(cè)選用的傳感器型號(hào)為FM-YLC2電壓型雨量傳感器2，庫水位檢測(cè)選用的傳感器型號(hào)為TRE1-PT500-601液位傳感器5，浸潤線傳感器為HC-1000型浸潤線埋深測(cè)試儀6，壩體位移檢測(cè)傳感器為VWD-50位移計(jì)1，干灘檢測(cè)采用的是激光測(cè)角測(cè)距法，采用激光測(cè)距儀結(jié)合角度測(cè)量儀來進(jìn)行干灘監(jiān)測(cè)，激光測(cè)距儀選用的型號(hào)是BOSCHGLM 150 4，角度測(cè)量儀選用的型號(hào)是LAISAI LS171 3。
[0014]傳感器獲取到信號(hào)之后，還無法被信號(hào)采集終端直接接收，需要經(jīng)過信號(hào)變送器7將不同種類的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓型的模擬量信號(hào)，電壓的范圍為0-3.3V。信號(hào)采集終端8使用的芯片為TI系統(tǒng)級(jí)芯片CC2530，供電電壓為3.3V，每個(gè)信號(hào)采集終端采集2路信號(hào)，分別連接到CC2530芯片的P0.0和P0.1引腳。信號(hào)采集終端的供電方式為鋰電池供電，型號(hào)為10500，最佳電壓為3.7V，3.3V-5V均可正常工作。
[0015]信號(hào)采集終端采集到信號(hào)后，需要做濾波預(yù)處理，采用的濾波方式包括硬件濾波和軟件濾波兩種。軟件濾波采用的是中位值濾波方法，具體實(shí)施策略為把5次采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值；硬件濾波的方式采用的是RC濾波方式，具體實(shí)施策略為把信號(hào)變送器傳輸?shù)碾娦盘?hào)經(jīng)過RC —階電路濾波，使得波形更加平滑，作為信號(hào)輸入。信號(hào)采集終端的采樣周期為0.2s，采用并經(jīng)過信號(hào)采集終端預(yù)處理后，則通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)以單播的形式發(fā)送到手持處理終端9。
[0016]手持處理終端9為人機(jī)交互終端，外殼由5mm厚黑色亞克力材料加工而成，外形尺寸為220mm*160mm*75mm。主要交互界面為8.0寸電阻式觸摸屏，顯示比例16:10，尺寸為162mm*121.5mm，用來顯示各個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)信息和歷史數(shù)據(jù)信息。實(shí)時(shí)信息的顯示方式為數(shù)據(jù)表格顯示以及儀表表盤顯示兩種方式，歷史數(shù)據(jù)顯示為歷史曲線顯示一種方式。手持處理終端的供電方式有兩種:一種是鋰電池供電，采用的兩節(jié)18650鋰電池；另外一種是直流電源供電，采用的是5V-3A直流穩(wěn)壓電源供電。
[0017]本發(fā)明的信號(hào)流向如圖2所示，底層為尾礦庫實(shí)際物理量信號(hào)，經(jīng)過傳感器，將物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換成非標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，再進(jìn)一步經(jīng)過信號(hào)變送器將非標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)采集終端可以識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)采集終端預(yù)處理后，通過Zigbee無線通信網(wǎng)絡(luò)，將信號(hào)傳送至手持處理終端。進(jìn)一步，該信號(hào)可以通過手持處理終端，傳送至計(jì)算機(jī)10串口接口，讀取到計(jì)算機(jī)內(nèi)存，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和信息處理，為下一步的多元信息融合及特征提取提供有效的數(shù)據(jù)支持。
[0018]本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn):
1、成本低:通過較低的硬件成本代價(jià)，完成礦山尾礦庫實(shí)時(shí)信息監(jiān)測(cè)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0019]2、功耗低:本發(fā)明采用的均為低功耗器件，可以有效控制功耗，使得系統(tǒng)在無干擾的情況下長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
[0020]3、通信能力強(qiáng):本發(fā)明的Zigbee模塊內(nèi)置功率放大器并安裝高增益天線，有效通信距離可達(dá)2km，不同信道之間不存在干擾問題。
[0021]4、安裝維護(hù)成本低:采用無線連接方式，無須布線，降低了安裝成本，各個(gè)模塊可以自動(dòng)組網(wǎng)，降低了手動(dòng)維護(hù)操作的成本。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理方法，其特征在于:在礦山區(qū)域安裝多種傳感器，通過傳感器進(jìn)行礦山尾礦庫實(shí)時(shí)信號(hào)的提取，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)變送器處理后傳輸?shù)叫盘?hào)采集終端，再經(jīng)過Zigbee協(xié)議將信號(hào)傳輸?shù)绞殖痔幚斫K端，完成信號(hào)融合處理工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理方法，其特征在于:信號(hào)采集終端采集到信號(hào)后，做濾波預(yù)處理，采用的濾波方式包括硬件濾波和軟件濾波兩種，軟件濾波采用的是中位值濾波方法，具體實(shí)施策略為把5次采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值；硬件濾波的方式采用的是RC濾波方式，具體實(shí)施策略為把信號(hào)變送器傳輸?shù)碾娦盘?hào)經(jīng)過RC —階電路濾波，使得波形更加平滑，作為信號(hào)輸入。
3.一種基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)包括傳感器、信號(hào)變送器、信號(hào)采集終端、手持處理終端，其中傳感器和信號(hào)變送器直接相連接，信號(hào)變送器和信號(hào)采集終端直接相連接，信號(hào)采集終端和手持處理終端通過無線網(wǎng)絡(luò)相連接，傳感器安裝于在礦山區(qū)域，通過信號(hào)傳感器進(jìn)行礦山尾礦庫實(shí)時(shí)信號(hào)的提取，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)變送器處理后傳輸?shù)叫盘?hào)采集終端，再經(jīng)過Zigbee協(xié)議將信號(hào)傳輸?shù)绞殖痔幚斫K端，完成信號(hào)融合處理工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)，其特征在于:傳感器檢測(cè)的信息包括降雨量、庫水位、兩處浸潤線、壩體位移-X、壩體位移-Y、壩體位移-Z、兩側(cè)干灘長度在內(nèi)的10種信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)，其特征在于:信號(hào)變送器的作用是將不同種類的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量電信號(hào)，電壓范圍為0-3.3V。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)，其特征在于:信號(hào)采集終端的供電電壓為3.3V-5V，作用是采集信號(hào)變送器傳送的信號(hào)，采用的芯片是TI系統(tǒng)級(jí)芯片CC2530，采用的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)，其特征在于:手持處理終端采用8寸電阻式觸摸屏作為交互模塊，采用鋰電池供電和直流電源供電兩種供電方式，整體支架由5MM厚黑色亞克力材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理系統(tǒng)，其特征在于:還包括鋰電池、鋰電池充電器、天線、程序調(diào)試器。
【專利摘要】一種基于Zigbee技術(shù)的礦山尾礦庫安全信息處理方法及系統(tǒng)。本發(fā)明公開了一種礦山尾礦庫安全信息處理方法及系統(tǒng)，以Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，完成信號(hào)的采集、傳輸與處理工作。本系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)變送器、信號(hào)采集終端、手持處理終端、直流電源、鋰電池等部件構(gòu)成。裝置的目的在于監(jiān)測(cè)尾礦庫參數(shù)包括壩體形變位移、浸潤線埋深、滲壓、庫水位等多項(xiàng)指標(biāo)。信號(hào)通過水位、滲流量、位移等種類的傳感器采集實(shí)時(shí)信號(hào)，然后經(jīng)過信號(hào)變送器轉(zhuǎn)換成微處理器可識(shí)別的信號(hào)后輸送到信號(hào)采集終端，經(jīng)過預(yù)處理后將信號(hào)經(jīng)過Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議匯總到手持處理終端，完成多元信息的集成顯示處理工作，進(jìn)而為尾礦庫安全快速評(píng)估與預(yù)警給出信息依據(jù)。
【IPC分類】E21F17-18, H04W84-18
【公開號(hào)】CN104832215
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510197501
【發(fā)明人】陳曉方, 朱軍, 陽春華, 秦晨, 朱超
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日