基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)。其特征是由上位機主站和傳感器分站兩部分組成。上位機主站主要是由上位機和網關節(jié)點組成，網關節(jié)點主要由CC2530最小系統(tǒng)、電源模塊、電平變換和顯示電路組成;傳感器分站主要由CC2530最小系統(tǒng)、電源模塊、顯示電路、電壓互感器、電流互感器、溫濕度傳感器、瓦斯傳感器和氣壓傳感器組成。上位機主站和傳感器分站之間通過Zigbee技術進行無線通信，將傳感器分站采集到的相關數據發(fā)送到上位機主站中進行監(jiān)控。本實用新型用于煤礦通風機的監(jiān)控中，與傳統(tǒng)通風機監(jiān)控系統(tǒng)相比，降低了監(jiān)控系統(tǒng)的成本，減輕了系統(tǒng)安裝過程中的繁復程度，減少了系統(tǒng)使用過程中的故障率。
【專利說明】基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及煤礦安全生產監(jiān)控領域，具體為一種基于Zigbee技術的煤礦用通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近幾年，隨著國民經濟的快速發(fā)展和基礎設施建設步伐的加快，能源需求增長加速，煤炭產量也迅速增長。煤礦生產的一個最重要的問題之一便是安全問題，而礦井通風是煤礦安全生產中不可缺少的主要環(huán)節(jié)，如何實現煤礦通風機在線監(jiān)測，實時觀察各個通風機的運行狀態(tài)并且要求能有效、快速對井下設備執(zhí)行相應的控制操作變得至關重要。通風機是一種促使空氣流通的一種電機設備，煤礦上主要是用來將地面上的新鮮空氣輸送到井下巷道中，保證井下新鮮空氣充足，降低瓦斯?jié)舛鹊茸饔?。它的安全運行是整個煤礦正常安全生產的必要保證。目前礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)信息集成能力不強，系統(tǒng)不開放、成本較高而效率較低。首先，礦用通風機需要監(jiān)控的參數眾多，如電動機電壓、電流、軸溫、風速、風量和瓦斯?jié)舛鹊?，每個參數測量位置大不相同，監(jiān)控系統(tǒng)的布線復雜繁瑣，容易出錯。其次，礦用通風機采用有線監(jiān)控，由于監(jiān)控參數眾多，位置不同，需要布設大量通訊線，成本較高。再次，若采用普通無線通信方式設計監(jiān)控系統(tǒng)，則通訊的可靠性又會大大降低。另外現有通風機監(jiān)控系統(tǒng)的擴展性較差，若要增加或者減少若干個監(jiān)控點，則需要重新增加或者減少布線，系統(tǒng)程序也將需要重新設置，十分繁瑣。以上這些說明現有礦用通風機的監(jiān)控系統(tǒng)還存在著些許的不足需要改進。目前基于Zigbee技術的無線監(jiān)控系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，將各個監(jiān)控點和上位機都設為各個通信節(jié)點，通過Zigbee無線通信技術實現監(jiān)控點和上位機的數據傳輸，這種監(jiān)控系統(tǒng)既節(jié)省了成本，減輕了布線的工作量，更加保證了數據的實時性和安全性，增加了系統(tǒng)的可拓展性。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是提供一種基于Zigbee技術的通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，以實現煤礦通風機的無線監(jiān)控、降低成本和減少系統(tǒng)的繁復程度。
[0004]為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為:
[0005]基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是由上位機主站和傳感器分站兩部分組成，上位機主站是由上位機和網關節(jié)點組成，網關節(jié)點由CC2530最小系統(tǒng)、電源模塊、電平變換和顯示電路組成，傳感器分站由C C2530最小系統(tǒng)、電源模塊、電壓互感器、電流互感器、溫濕度傳感器、瓦斯傳感器、氣壓傳感器電路組成，上位機主站和傳感器分站之間通過Zigbee技術進行無線通信，將傳感器分站采集到的數據發(fā)送到上位機主站中進行監(jiān)控。
[0006]所述的基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:各種傳感器模塊不再通過有線的方式與上位機進行相連接，而是通過各自連接的終端節(jié)點，通過天線與上位機進行無線連接。[0007]所述的基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:電源模塊、相應的傳感器模塊和以C C2530為主控芯片的終端節(jié)點三者相連，構成相應的傳感器分站。
[0008]所述的基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:電源模塊、上位機和以CC2530為主控芯片的網關節(jié)點通過USB接口進行相連，組成了上位機主站。
[0009]本實用新型的工作原理是:所有傳感器模塊采集到的數據直接傳輸到終端節(jié)點中。所有終端節(jié)點與網關節(jié)點組成Zigbee無線網絡，各個終端節(jié)點收到的傳感器模塊發(fā)送的數據后通過無線通信傳輸給網關節(jié)點。網關節(jié)點通過USB接口再送到上位機當中，上位機將這些傳感器模塊采集到的數據在監(jiān)控軟件的界面中相應的位置上實時顯示出來。上位機的任何操作指令，通過USB接口先傳送到網關節(jié)點，網關節(jié)點再通過無線通信發(fā)送到相應的終端節(jié)點上，終端節(jié)點根據接收到的操作指令直接對傳感器模塊進行操作，使傳感器模塊做出相應動作。整個過程中每個傳感器分站和上位機主站之間的通信全部采用Zigbee技術進行無線通信。本實用新型將Zigbee技術用于通風機的監(jiān)控當中，保障了煤礦惡劣環(huán)境中通風機監(jiān)控的實時性和物理安全性。
[0010]與已有技術相比，本實用新型有益效果體現在:
[0011]本實用新型采用上位機主站和傳感器分站之間通過Zigbee技術組成無線網絡，從而實現對煤礦用通風機進行實時監(jiān)控，其中傳感器分站與上位機主站通過無線通信，避免了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器與上位機進行有線連接通信的布線復雜，設置繁瑣，工作量大，容易出錯的缺點，更進一步降低了布線所需要的成本投入。采用基于Zigbee技術組成無線網絡，則提高了通信的準確性，增加了系統(tǒng)的可擴展性。使得本實用新型更加簡單，準確，可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的礦用通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖2為本實用新型的上位機主站結構框圖。
[0014]圖3為本實用新型的傳感器分站結構框圖。
[0015]圖4為本實用新型的電源模塊電路圖。
[0016]圖5為本實用新型的IXD顯示模塊電路圖。
[0017]圖6為本實用新型的電平變換模塊電路圖。
[0018]圖7為本實用新型的CC2530最小系統(tǒng)電路圖。
[0019]圖8為本實用新型的溫濕度傳感器模塊電路圖。
[0020]圖9為本實用新型的電壓互感器模塊電路圖。
[0021]圖10為本實用新型的電流互感器模塊電路圖。
[0022]圖11為本實用新型的瓦斯傳感器模塊電路圖。
[0023]圖12為本實用新型的氣壓傳感器模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)示意圖，它由2部分構成:上位機主站和傳感器分站。上位機主站結構框圖如圖2所示，它由上位機、網關節(jié)點和電源模塊組成，上位機和網關節(jié)點通過USB相連；傳感器分站結構框圖如圖3所示，它由傳感器模塊、終端節(jié)點和電源模塊組成，傳感器模塊和終端節(jié)點直接相連；煤礦通風機需要監(jiān)控的各種參數通過安裝相應的傳感器分站采集數據獲得，這些傳感器模塊包括:電壓互感器、電流互感器、溫濕度傳感器、氣壓傳感器和瓦斯傳感器。傳感器分站主要分別布置在風機、風道等各個便于準確采集數據的位置上。上位機主站設置在監(jiān)控室當中。
[0025]如圖4所示是本實用新型電源模塊電路圖。其主要為提供電路中所需電源的作用，其中開關SI用來選擇是由外部供電還是內部電池供電。Fl為保險絲，用來保護電路防止電路中電流過大。
[0026]網關節(jié)點由圖5，圖6和圖7的電路組成。圖5為本實用新型的IXD顯示模塊的電路圖，圖6為本實用新型的電平變換模塊的電路圖，圖7為本實用新型的CC2530最小系統(tǒng)電路圖。圖5中的IXD接口裝上IXD顯示屏之后可以顯示網關節(jié)點的工作狀態(tài)和相應參數。圖6的電平轉換電路主要用于網關節(jié)點與上位機通信，網關節(jié)點的數據電平為TTL電平，網關節(jié)點通過電平轉換電路將TTL電平的數據轉換成USB的數據，然后發(fā)給上位機接收。圖7為CC2530最小系統(tǒng)電路圖，CC2530是整個網關節(jié)點的主控芯片，圖中電阻電容和晶振組成的最小系統(tǒng)使CC2530正常工作。其中C15，C16，C17，C18，C19，LI，L2和天線Yl組成了天線電路，CC2530通過天線電路發(fā)送或者接收數據。
[0027]終端節(jié)點由圖5和圖7的電路組成。圖5的IXD顯示模塊用于顯示工作狀態(tài)和相關參數，圖7的CC2530最小系統(tǒng)為整個溫濕度傳感器分站的主控單元，其中包括天線電路用于和網關節(jié)點進行無線通信。
[0028]溫濕度傳感器分站由終端節(jié)點和溫濕度傳感器模塊組成。圖8為本實用新型的溫濕度傳感器模塊電路圖。圖8的溫濕度傳感器模塊用于采集通風機的溫度和濕度數據，并將數據通過終端節(jié)點發(fā)送給網關節(jié)點。
[0029]電壓互感器分站由終端節(jié)點和電壓互感器模塊組成。圖9為本實用新型的電壓互感器模塊電路圖。圖9的電壓互感器模塊用于采集通風機的電壓數據，并將數據通過終端節(jié)點發(fā)送給網關節(jié)點。
[0030]電流互感器分站由終端節(jié)點和電流互感器模塊組成。圖10為本實用新型的電流互感器模塊電路圖。圖10的電壓互感器模塊用于采集通風機的電流數據，并將數據通過終端節(jié)點發(fā)送給網關節(jié)點。
[0031]瓦斯傳感器分站由終端節(jié)點和瓦斯傳感器模塊組成。圖11為本實用新型的瓦斯傳感器模塊電路圖。圖11的瓦斯傳感器模塊用于采集通風機的瓦斯?jié)舛龋祿ㄟ^終端節(jié)點發(fā)送給網關節(jié)點。
[0032]氣壓傳感器分站由終端節(jié)點和氣壓傳感器模塊組成。圖12為本實用新型的氣壓傳感器模塊電路圖。圖12的氣壓傳感器模塊用于采集通風機的氣壓數據，并將數據通過終端節(jié)點發(fā)送給網關節(jié)點。
【權利要求】
1.基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是由上位機主站和傳感器分站兩部分組成，上位機主站是由上位機和網關節(jié)點組成，網關節(jié)點由CC2530最小系統(tǒng)、電源模塊、電平變換和顯示電路組成，傳感器分站由CC2530最小系統(tǒng)、電源模塊、電壓互感器、電流互感器、溫濕度傳感器、瓦斯傳感器、氣壓傳感器電路組成，上位機主站和傳感器分站之間通過Zigbee技術進行無線通信，將傳感器分站采集到的數據發(fā)送到上位機主站中進行監(jiān)控。
2.根據權利要求1所述的基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:各種傳感器模塊不再通過有線的方式與上位機進行相連接，而是通過各自連接的終端節(jié)點，通過天線與上位機進行無線連接。
3.根據權利要求1所述的基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:電源模塊、相應的傳感器模塊和以CC2530為主控芯片的終端節(jié)點三者相連，構成相應的傳感器分站。
4.根據權利要求1所述的基于Zigbee技術的煤礦通風機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:電源模塊、上位機和以CC2530為主控芯片的網關節(jié)點通過USB接口進行相連，組成了上位機主站。
【文檔編號】F04D27/00GK203516158SQ201320457351
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權日:2013年7月30日
【發(fā)明者】韓濤, 黃友銳, 凌六一, 曲立國, 唐超禮 申請人:安徽理工大學