專利名稱：一種煤礦井下人員定位與瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種煤礦井下人員定位與瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)，尤其 是涉及一種使用無線傳感器技術(shù)實現(xiàn)人員定位和瓦斯檢測功能，該系統(tǒng) 的另一個特點是將人員定位和動態(tài)瓦斯檢測報警功能合并在一套系統(tǒng) 中，進(jìn)而實現(xiàn)了煤礦井下綜合智能管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國作為世界最大的產(chǎn)煤國，煤礦安全事故頻頻發(fā)生。為了保障礦 工的生命安全，國家對煤礦安全的重視和監(jiān)管力度的不斷加強(qiáng)，我國大 中型煤礦及廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦已大量裝備了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，這些 安全裝備的推廣應(yīng)用大大改善了我國煤礦安全生產(chǎn)狀況。但是，目前煤 礦井下使用的監(jiān)控設(shè)備，普遍存在著功能不完善，維護(hù)、操作比較復(fù)雜， 使用效率低等問題。多數(shù)煤礦仍然存在入并人員管理困難，并上人員難 以及時掌握井下的情況和人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況，對井下事故隱患 不能隨時監(jiān)控，事故隱患區(qū)域人員情況難以掌握，不能及時組織井下人 員撤離。 一旦事故發(fā)生，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)對井下瓦斯、溫度、壓力、有毒 有害氣體等情況難以監(jiān)測，井下人員位置難以確定，不能為救援提供可 靠信息。
現(xiàn)有的煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)與井下人員考勤定位系統(tǒng)為2個分立系 統(tǒng)，使用兩套計算機(jī)控制系統(tǒng)獨立控制，人員監(jiān)控系統(tǒng)都是采用RFID 射頻技術(shù)，不能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)的瓦斯監(jiān)測。 一旦發(fā)生安全事故，不能夠了 解井下人員所在位置的瓦斯情況，影響人員疏散和救援。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是要提供基于智能傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的面向煤礦安 全生產(chǎn)過程監(jiān)控的多功能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其便攜式移動節(jié)點設(shè)備具有動 態(tài)瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測及超標(biāo)報警、井下移動人員實時定位等功能，本實 用新型提供一種煤礦井下人員定位與瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種煤礦井下人員定位與瓦斯?jié)?度動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)包括
CAN總線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B通訊協(xié)議進(jìn)行通訊； 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)按照串行通訊協(xié)議通過RS232串口進(jìn)行通
訊；
CAN總線網(wǎng)絡(luò)，與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置和直接匯聚點 單元電氣連接，用于將其控制命令、采樣指令以及通訊信息傳輸給無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)本實用新型的實施例，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置包括
CAN轉(zhuǎn)換器，用于將標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS232串行數(shù)據(jù)；
智能分站，用于對兩種不同通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
根據(jù)本實用新型的實施例，所述CAN總線網(wǎng)絡(luò)的硬件包括主控 計算機(jī)、井下智能分站、CAN總線和需要控制的設(shè)備組成，其中
主控計算機(jī)，用于生成監(jiān)控指令、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換命令、傳感器數(shù)據(jù) 釆樣指令信息，用于控制智能分站工作；
智能分站、CAN總線分別通過連接電纜與主控計算機(jī)連接，用于 轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控計算機(jī)的命令和指令，以及生成對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采樣點、 采樣傳感器的指令，并存儲獲得的無線網(wǎng)絡(luò)采樣數(shù)據(jù)和采樣點地址信息;
需要控制的設(shè)備，這些設(shè)備通過電纜直接連接在CAN總線上，構(gòu) 成CAN網(wǎng)絡(luò)的終端被控設(shè)備。
根據(jù)本實用新型的實施例，所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)由無線節(jié)點和傳感器 組成，無線節(jié)點分為固定節(jié)點和移動節(jié)點，固定節(jié)點包括直接匯聚節(jié)點 模塊和中繼匯聚節(jié)點模塊、移動節(jié)點即是移動節(jié)點模塊，傳感器連接在
移動節(jié)點模塊上，其中
直接匯聚節(jié)點模塊和中繼匯聚節(jié)點模塊、移動節(jié)點模塊結(jié)構(gòu)相同， 直接匯聚節(jié)點模塊上安裝有直接匯聚節(jié)點單元，中繼匯聚節(jié)點上模塊安 裝有中繼匯聚節(jié)點單元，移動節(jié)點模塊上安裝的是移動節(jié)點單元；直接 匯聚節(jié)點模塊通過電纜直接連接在智能分站和CAN總線上；
中繼匯聚節(jié)點模塊通過中繼通訊鏈路與直接匯聚節(jié)點模塊交換數(shù)據(jù) 和信息；直接匯聚節(jié)點模塊和中繼匯聚節(jié)點模塊與接收范圍內(nèi)的移動節(jié) 點模塊通訊和交換數(shù)據(jù)；
移動節(jié)點模塊，用于負(fù)責(zé)瓦斯傳感器數(shù)據(jù)的采集；
用于對與直接匯聚節(jié)點模塊和中繼匯聚節(jié)點模塊之間的通訊；
用于實時向直接匯聚節(jié)點模塊和中繼匯聚節(jié)點模塊傳送自己的特征 碼和所在地點的瓦斯?jié)舛刃畔?，這些信息通過直接匯聚節(jié)點模塊和中繼 匯聚節(jié)點模塊傳送到智能分站上，運行智能分站對瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進(jìn)行分 析和處理，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r，智能分站發(fā)出報警信號，并由智能分站 直接對危險區(qū)域進(jìn)行區(qū)域斷電保護(hù)處理，同時通過CAN總線上傳瓦斯 濃度數(shù)據(jù)到主控計算機(jī)中；
需要控制的設(shè)備上的安全檢測傳感器和設(shè)備供電電源開關(guān)連接在智 能分站上，用于在瓦斯?jié)舛瘸迺r，智能分站直接控制斷電。
根據(jù)本實用新型的實施例，所述直接匯聚節(jié)點模塊和中繼匯聚節(jié)點 模塊的安裝位置是按照礦井下巷道地理位置設(shè)置。
根據(jù)本實用新型的實施例，所述主控計算機(jī)中存儲著每個直接匯聚 節(jié)點模塊和中繼匯聚節(jié)點模塊所在的位置和每個移動節(jié)點模塊佩戴人的 信息，根據(jù)這些信息，主控計算機(jī)上運行的綜合管理單元確定任意一個 移動節(jié)點模塊在井下的區(qū)域位置和所在區(qū)域的瓦斯?jié)舛取?br> 根據(jù)本實用新型的實施例，所述直接匯聚節(jié)點模塊和中繼匯聚節(jié)點 模塊的通訊通過RS232串口連接在智能分站上，還通過CAN2.0B轉(zhuǎn)接 器將RS232接口轉(zhuǎn)換為CAN接口再連接到CAN總線上；還通過一定數(shù) 量的中繼匯聚節(jié)點模塊采取無線傳遞方式實現(xiàn)通訊。
本實用新型的積極效果
本實用新型中繼匯聚節(jié)點的設(shè)計，克服了傳統(tǒng)方法中搭設(shè)有線通訊 線路的弱點，中繼匯聚節(jié)點可以隨著采煤工作面的變化而重新放置，大 大節(jié)省了布線成本和布線時間。直接匯聚節(jié)點和中繼匯聚節(jié)點的通訊配 置能夠大大減少井下布線距離和井下智能分站的使用數(shù)量，節(jié)約資金投 入，方便維護(hù)，增加了無線監(jiān)測的靈活性。
本實用新型系統(tǒng)將人員定位與瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測有機(jī)的結(jié)合在一個 系統(tǒng)中，主控計算機(jī)中的智能處理對這些傳感器數(shù)據(jù)和節(jié)點狀態(tài)數(shù)據(jù)實 施分析和處理，形成瓦斯?jié)舛群途氯藛T分布情況圖表，能夠及時、準(zhǔn) 確的獲得井下人員位置和人員所在區(qū)域的安全狀況，為煤礦安全生產(chǎn)提 供井下的實時動態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅在安全生產(chǎn)中必不可少， 一旦發(fā) 生安全事故時，通過人員區(qū)域定位數(shù)據(jù)，最大限度地避免事故發(fā)生和人 員傷亡，能夠獲得事故發(fā)生前井下的人員分布和移動機(jī)械設(shè)備的分布， 為及時解救被困礦工、避免二次災(zāi)害提供可靠的數(shù)據(jù)。本實用新型系統(tǒng) 能夠隨時監(jiān)測瓦斯?jié)舛?，實時監(jiān)控井下安全狀況，及時采取局部區(qū)域生 產(chǎn)斷電保護(hù)，并及時組織危險區(qū)域人員撤離。


圖1是本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
圖2本實用新型實施例監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本實用新型實施例監(jiān)測系統(tǒng)礦井下工作示意圖
圖4是本實用新型實施例監(jiān)測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型加以詳細(xì)說明，應(yīng)指出的是，所描述 的實施例僅旨在便于對本實用新型的理解，而對其不起任何限定作用。
本實用新型是利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織、多跳、數(shù)據(jù)采集與處 理、以及無線通訊的特性，設(shè)計了一個適合在煤礦井下實現(xiàn)出、入井人
員考勤，人員和移動車輛區(qū)域定位，并能夠?qū)崿F(xiàn)井下瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測 的系統(tǒng)。為煤礦安全生產(chǎn)提供井下的實時動態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅在安 全生產(chǎn)中必不可少， 一旦發(fā)生安全事故時，通過人員區(qū)域定位數(shù)據(jù)，能 夠獲得事故發(fā)生前井下的人員分布和移動機(jī)械設(shè)備的分布，為及時解救 被困礦工、避免二次災(zāi)害提供可靠的數(shù)據(jù)。
本實用新型的系統(tǒng)釆用CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)兩種技
術(shù)。根據(jù)如下系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)如圖1本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖
和如圖2是本實用新型實施例監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，對本實用新型進(jìn)行 進(jìn)一步的描述，其中包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)1和無線傳感網(wǎng)絡(luò)2， CAN轉(zhuǎn) 換器31、智能分站32、直接匯聚節(jié)點單元21。
CAN總線網(wǎng)絡(luò)1中的數(shù)據(jù)是按照標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B通訊協(xié)議進(jìn)行通訊 的，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2中的數(shù)據(jù)是按照串行通訊協(xié)議通過RS232串口進(jìn) 行通訊的，因此，兩種不同通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，需要中 間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)裝置3，在本實用新型中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)裝置3有兩種 設(shè)備完成CAN轉(zhuǎn)換器31和井下智能分站32。 CAN轉(zhuǎn)換器31可使用 任何一種能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)CAN2.0B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS232串行數(shù)據(jù)的產(chǎn)品，井 下智能分站32可使用符合國家安全規(guī)定的、可在煤礦井下使用的任意一 種智能分站產(chǎn)品。無線傳感網(wǎng)絡(luò)2中的無線節(jié)點可使用符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)并兼容zigbee的無線節(jié)點。
CAN總線網(wǎng)絡(luò)1主要包括主控計算機(jī)11、井下智能分站32、 CAN 總線連接13，安全檢測傳感器和需要控制的設(shè)備14;
需要控制的設(shè)備14主要包括礦井下排風(fēng)設(shè)備、采掘設(shè)備；這些設(shè)備 上攜帶的安全檢測傳感器，如斷電傳感器、風(fēng)門傳感器、風(fēng)速傳感器等。 這些安全檢測傳感器和設(shè)備的供電電源開關(guān)連接在井下智能分站32上， 以便在瓦斯?jié)舛瘸迺r，井下智能分站單元63直接控制斷電。
主控計算機(jī)11與井下智能分站12構(gòu)成的CAN總線網(wǎng)絡(luò)1與無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)2之間的連接方式有兩種 一種是直接匯聚點模塊21的 RS232串口通過電纜與井下分站32的RS232串口直接電器連接；另一 種是直接匯聚點模塊21的RS232串口通過CAN轉(zhuǎn)接器31與井下智能
分站32的CAN接口直接電器連接，或是直接匯聚點模塊21的RS232 串口通過CAN轉(zhuǎn)接器31直接連接在CAN總線13上。
主控計算機(jī)ll中安裝有CAN通訊卡110，CAN通訊卡110通過CAN 總線13連接到井下設(shè)備，井下設(shè)備包括井下智能分站32、安全檢測傳 感器或其他需要控制的設(shè)備24。帶有CAN接口的安全檢測傳感器或需 要控制的設(shè)備24可以直接連接在CAN總線13上，帶有串口的傳感器 或需要控制的設(shè)備24，則通過CAN轉(zhuǎn)換器31連接到CAN總線13上。
井下智能分站32帶有2個接口即串口 120和CAN接口 121。串 口 120與無線傳感網(wǎng)絡(luò)2中的直接匯聚節(jié)點21連接，CAN接口 121與 安全檢測傳感器或需要控制的設(shè)備24連接。直接匯聚節(jié)點模塊21通過 無線方式與中繼匯聚節(jié)點模塊22和移動節(jié)點模塊23通訊并交換數(shù)據(jù)， 移動節(jié)點模塊23上連接有瓦斯傳感器25。
無線傳感網(wǎng)絡(luò)2由無線節(jié)點和傳感器組成無線節(jié)點有固定節(jié)點和 移動節(jié)點兩種，固定節(jié)點即是匯聚節(jié)點，包括直接匯聚節(jié)點模塊21和中 繼匯聚節(jié)點模塊22，移動節(jié)點即為移動節(jié)點模塊23;以及連接在運動節(jié) 點模塊23上的傳感器25。每一個無線節(jié)點包括直接匯聚節(jié)點、中繼 匯聚節(jié)點和移動節(jié)點，都有一個固定屬于自己的特征碼，這個特征碼和 釆樣數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)街骺赜嬎銠C(jī)11中，主控計算機(jī)11根據(jù)固定節(jié)點即 匯聚點的位置，確定移動節(jié)點所在的位置，即采樣地址，具體的如下
直接匯聚節(jié)點模塊21和中繼匯聚節(jié)點模塊22的作用是接收無線通 訊范圍內(nèi)移動節(jié)點模塊23和其他中繼匯聚節(jié)點模塊22的信息和數(shù)據(jù)。 匯聚節(jié)點模塊與移動節(jié)點模塊的二者的硬件結(jié)構(gòu)和配置是相同的，可以 采用任何一種符合正EE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)并可以兼容zigbee的無線傳感器節(jié) 點，帶有一個標(biāo)準(zhǔn)得RS232接口，主要區(qū)別在于節(jié)點模塊上運行的軟件 節(jié)點單元作用不同，直接匯聚節(jié)點模塊21上安裝有直接匯聚節(jié)點單元， 中繼匯聚節(jié)點模塊22上安裝有中繼匯聚節(jié)點單元，移動節(jié)點模塊23上 安裝的是移動節(jié)點單元。直接匯聚節(jié)點單元、中繼匯聚節(jié)點單元、移動 節(jié)點單元采用c語言編制軟件。直接匯聚節(jié)點模塊21的作用是把接收到 的數(shù)據(jù)通過RS232串行通訊口 120傳送到智能分站12中，或者通過CAN
轉(zhuǎn)接器31直接連接到CAN總線13上。中繼匯聚節(jié)點模塊22 —般是固 定安裝在工作面或比較細(xì)小的巷道里，中繼匯聚節(jié)點模塊22支持多跳功 能，這種節(jié)點模塊除了接收附近移動節(jié)點模塊23的信息，還有為其他中 繼匯聚節(jié)點模塊22充當(dāng)通訊中繼的作用，既在接收移動節(jié)點模塊23信 息和數(shù)據(jù)的同時，作為通訊橋，為不能與直接匯聚節(jié)點模塊2I建立無線 通訊鏈路的其他中繼匯聚節(jié)點模塊22轉(zhuǎn)接信息。
傳感器25采用的微型紅外瓦斯傳感器或便攜式紅外甲烷氣體監(jiān)測 儀，傳感器25還可采用微型瓦斯傳感器、或微型溫度、濕度、壓力等傳 感器；移動節(jié)點單元23和瓦斯傳感器25采用電池供電。
如圖3是本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)礦井下工作示意圖所示，圖中標(biāo)記為
□ 智能分站 攀 匯聚點
移動節(jié)點(帶有瓦斯?jié)舛葌鞲衅? ==CAN總線
無線通訊鏈路 —中繼通訊鏈路
主控計算機(jī)11放置在地面控制室中，主控計算機(jī)11中安裝有 CAN2.0B通訊卡110， CAN通訊卡110通過PCI或ISA總線插槽安裝在 計算機(jī)中。井下智能分站32安裝在礦井下的巷道里，井下智能分站32 的安裝個數(shù)取決于礦井巷道的結(jié)構(gòu)和分布情況。CAN通訊卡110和各個 智能分站32之間通過電纜連接，直接匯聚節(jié)點模塊21和中繼匯聚節(jié)點 模塊22通過CAN轉(zhuǎn)接器31，連接在CAN總線13上。在井下巷道的 轉(zhuǎn)彎處、分支路口，都需要布置匯聚節(jié)點，直接匯聚節(jié)點模塊21都安裝 在巷道的轉(zhuǎn)彎處。當(dāng)攜帶移動節(jié)點模塊23的人員經(jīng)過這些匯聚節(jié)點或在 匯聚節(jié)點附近工作時，移動節(jié)點模塊23的身份碼和瓦斯傳感器25的數(shù) 據(jù)就會被匯聚節(jié)點收集到，并且實時發(fā)送到智能分站32和主控計算機(jī) 11中。
具體的工作如圖3，直接匯聚節(jié)點模塊1布置在入井口，直接匯聚 節(jié)點模塊2布置在滑軌上的滑車停止處，這兩個匯聚點的作用是收集集 中乘坐滑車入井人員的信息；中繼匯聚點模塊1和中繼匯聚點模塊2安
裝在掘進(jìn)采煤工作面上，隨著掘進(jìn)深度的增加，可增加中繼節(jié)點模塊放 置個數(shù)，保持節(jié)點之間的無線連接通路，確保對采煤工作面的人員與瓦
斯?jié)舛缺O(jiān)測。中繼節(jié)點模塊3、中繼節(jié)點模塊4和中繼節(jié)點模塊5放置 在回采工作面和回采巷道里，通過這幾個匯聚節(jié)點模塊的中繼，回采面 的人員信息和動態(tài)瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠順利傳輸?shù)街苯訁R集節(jié)點模塊4 中，并通過直接匯聚點模塊4，上傳到智能分站32和主控計算機(jī)11中。
我們采用一臺高性能計算機(jī)PC機(jī)作為主控計算機(jī)11，這臺計算機(jī) CPU主頻為P4-2.8G，內(nèi)存為512M，硬盤80G。在主控計算機(jī)11的PCI 插槽中，主控計算機(jī)11中安裝有一塊研華CAN2.0B通訊卡110， 在 CAN通訊卡110的通訊端口上連接電纜，電纜上可以分接出電氣連接端 子，能夠和支持CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備直接連接。電纜的另一端連接在一 個井下智能分站32的CAN 口 121上，智能分站32的串口 120連接了 匯聚點，能夠與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2中的直接匯聚點模塊21和中繼匯聚點 模塊22連接，也能夠連接多種需要控制的設(shè)備14。電纜上分接出的電 器連接端子連接了一個RS232串口轉(zhuǎn)CAN2.0B接口的CAN轉(zhuǎn)接器31 ， CAN轉(zhuǎn)接器31的CAN接口聯(lián)接在電纜的分出端子上，RS232接口連接 到另一個匯聚點的串口。系統(tǒng)中使用了3個中繼節(jié)點模塊22，通過中繼 節(jié)點模塊22，將數(shù)據(jù)傳送到智能分站32連接的匯聚點節(jié)點模塊21和22 上。在這個實現(xiàn)實例中，使用了20個無線移動節(jié)點模塊23佩戴在工作 人員身上。在本實例中，匯聚節(jié)點模塊21和22和移動節(jié)點模塊23的發(fā) 射接收頻率為2.4G，無線傳輸距離為100米。其中3個移動節(jié)點23上 安裝了微型紅外瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌?br> 如圖4本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖所示，綜合分析管理單元 61、數(shù)據(jù)通訊與分配單元62、井下智能分站控制單元63、直接匯聚節(jié)點 單元64、中繼匯聚節(jié)點單元65、移動節(jié)點單元66，在這些單元中運行 的軟件主要包括綜合管理系統(tǒng)軟件、分站數(shù)據(jù)采集處理軟件、無線傳感
器網(wǎng)絡(luò)控制軟件。硬件配置和軟件功能都可根據(jù)系統(tǒng)使用的環(huán)境和具體 要求設(shè)計與實現(xiàn)。
本實例中，基于WINDOWS XP操作系統(tǒng)，釆用VC++6.0編制的監(jiān) 控系統(tǒng)軟件有綜合管理單元61軟件主要包括人-機(jī)交互界面611、綜 合分析管理子單元612，數(shù)據(jù)通訊與分配單元62軟件。
人-機(jī)交互界面611是操作員與監(jiān)控系統(tǒng)交互的接口包括主要負(fù)責(zé)
完成參數(shù)設(shè)置、命令輸入、打印設(shè)置和數(shù)據(jù)上報，其中
參數(shù)設(shè)置主要參數(shù)包括人員考勤參數(shù)，上下班時間、班次、請假
分類、報表生成和上報時間等；瓦斯超限報警參數(shù)瓦斯超限級別、報
警強(qiáng)度和次數(shù)，緊急處理方式等。
綜合分析管理子單元612包括瓦斯數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)分析、危險度
評價、人員信息數(shù)據(jù)庫等，其中
這個單元是整個系統(tǒng)軟件的主體，負(fù)責(zé)瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析和處理，
歷史數(shù)據(jù)的保存和瓦斯超限建模，瓦斯爆炸危險度評價、以及井下人員
分布和定位。
本實用新型實現(xiàn)的系統(tǒng)經(jīng)過一段時間的運行，效果良好，表明本實 用新型的內(nèi)容達(dá)到了瓦斯動態(tài)監(jiān)測和人員考勤定位的目的。監(jiān)控系統(tǒng)軟 件工作流程如下
1. 系統(tǒng)啟動，在主控計算機(jī)ll的控制下，如下單元進(jìn)入運行狀態(tài) 綜合管理單元61，井下智能分站中運行智能分站控制單元63，直接匯聚 節(jié)點中運行直接匯聚節(jié)點單元64;
2. 直接匯聚節(jié)點單元64向周圍廣播通訊命令；
3. 接收到直接匯聚節(jié)點單元64通訊命令的中繼匯聚節(jié)點單元65啟 動，向周圍廣播中繼通訊消息，并進(jìn)入接收狀態(tài)，準(zhǔn)備接收移動節(jié)點單 元66發(fā)來的信息；
4. 接收到直接匯聚節(jié)點單元64通訊命令的移動節(jié)點單元66啟動， 并開啟瓦斯傳感器，開始讀取瓦斯傳感器監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛?，并將瓦?濃度和移動節(jié)點模塊23的特征號碼發(fā)送給直接匯聚節(jié)點單元64。接收 到中繼匯聚節(jié)點單元65通訊消息的移動節(jié)點單元66啟動并開啟瓦斯傳
感器，開始讀取瓦斯傳感器監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛?，并將瓦斯?jié)舛群鸵苿庸?jié) 點模塊23的特征號碼發(fā)送給中繼匯聚節(jié)點單元65;
5. 中繼匯聚節(jié)點單元65把收集到的移動節(jié)點模塊23信息，按照一 定周期發(fā)送到直接匯聚節(jié)點單元64中；
6. 直接匯聚節(jié)點單元64把收到的來自移動節(jié)點單元23的數(shù)據(jù)和信 息發(fā)送到井下智能分站控制單元63中。井下智能分站控制單元63將接 收到的數(shù)據(jù)存儲在本地硬盤中，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，如果瓦斯?jié)?度超出設(shè)定極限則報警，并對區(qū)域內(nèi)的可控設(shè)備實現(xiàn)斷電保護(hù)；
7. 井下智能分站控制單元63按照一定周期向數(shù)據(jù)通訊與分配單元 62發(fā)送數(shù)據(jù)和信息，數(shù)據(jù)通訊與分配單元62將數(shù)據(jù)分配給綜合管理單 元61的不同子單元。瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)分配給數(shù)據(jù)保存、分析子單元，移動 節(jié)點模塊23特征碼分配給人員考勤、人員定位子單元；
8. 綜合管理單元61中的數(shù)據(jù)保存、分析子單元將讀取來的原始數(shù)據(jù) 存儲在硬盤里。同時開始計算和分析采集到的數(shù)據(jù)，形成瓦斯?jié)舛葎討B(tài) 監(jiān)測文件；
9. 綜合管理單元61中的人員考勤、人員定位模塊根據(jù)移動節(jié)點模塊 23的特征碼，識別出移動節(jié)點模塊23節(jié)點綁定的人員，以及某個時間 段移動節(jié)點通訊范圍內(nèi)的匯聚節(jié)點，從而得到人員考勤和定位文件；
10. 通過綜合管理單元61的人機(jī)操作界面611，可以設(shè)置各種參數(shù)、 查詢井下人員的位置、動態(tài)查詢井下瓦斯?jié)舛龋敵鼍氯藛T運動路徑 和出入情況，輸出瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測圖形，還可以形成上報表格打印輸 出。
以上所述，僅為本實用新型中的具體實施方式
，但本實用新型的保 護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實用新型所揭露的技術(shù) 范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的包含范圍 之內(nèi)，因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1、一種煤礦井下人員定位與瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)，其特征在于，包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)(1)中的數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B通訊協(xié)議進(jìn)行通訊；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)中的數(shù)據(jù)按照串行通訊協(xié)議通過RS232串口進(jìn)行通訊；CAN總線網(wǎng)絡(luò)(1)，與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置(3)和直接匯聚點單元(21)電氣連接，用于將其控制命令、采樣指令以及通訊信息傳輸給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置(3)包括CAN轉(zhuǎn)換器(31)，用于將標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS232串行 數(shù)據(jù)；智能分站(32)，用于對兩種不同通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述CAN總線網(wǎng)絡(luò) (1)的硬件包括主控計算機(jī)(11)、井下智能分站(32) 、 CAN總線(13)和需要控制的設(shè)備(14)組成，其中主控計算機(jī)(11)，用于生成監(jiān)控指令、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換命令、傳感 器數(shù)據(jù)采樣指令信息，用于控制智能分站(32)工作；智能分站(32) 、 CAN總線(13)分別通過連接電纜與主控計算 機(jī)(11)連接，用于轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控計算機(jī)(11)的命令和指令，以及生成對 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(2)數(shù)據(jù)采樣點、采樣傳感器的指令，并存儲獲得的無 線網(wǎng)絡(luò)采樣數(shù)據(jù)和采樣點地址信息；需要控制的設(shè)備(14)，這些設(shè)備通過電纜直接連接在CAN總線 上，構(gòu)成CAN網(wǎng)絡(luò)的終端被控設(shè)備。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于無線傳感網(wǎng)絡(luò)(2) 由無線節(jié)點和傳感器組成，無線節(jié)點分為固定節(jié)點和移動節(jié)點，固定節(jié)點包括直接匯聚節(jié)點模塊(21)和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)、移動節(jié)點 即是移動節(jié)點模塊(23)，傳感器(25)連接在移動節(jié)點模塊(23)上， 其中直接匯聚節(jié)點模塊(21)和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)、移動節(jié)點模 塊(23)結(jié)構(gòu)相同，直接匯聚節(jié)點模塊(21)上安裝有直接匯聚節(jié)點單 元，中繼匯聚節(jié)點上模塊(22)安裝有中繼匯聚節(jié)點單元，移動節(jié)點模 塊(23)上安裝的是移動節(jié)點單元；直接匯聚節(jié)點模塊(21)通過電纜 直接連接在智能分站(32)和CAN總線(13)上；中繼匯聚節(jié)點模塊(22)通過中繼通訊鏈路與直接匯聚節(jié)點模塊(21) 交換數(shù)據(jù)和信息；直接匯聚節(jié)點模塊(21)和中繼匯聚節(jié)點模塊(22) 與接收范圍內(nèi)的移動節(jié)點模塊(23)通訊和交換數(shù)據(jù)；移動節(jié)點模塊(23)，用于負(fù)責(zé)瓦斯傳感器(25)數(shù)據(jù)的采集；用于對與直接匯聚節(jié)點模塊(21)和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)之間 的通訊；用于實時向直接匯聚節(jié)點模塊(21)和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)傳 送自己的特征碼和所在地點的瓦斯?jié)舛刃畔?，這些信息通過直接匯聚節(jié) 點模塊(21)和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)傳送到智能分站(32)上，運 行智能分站(32)對瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r， 智能分站(32)發(fā)出報警信號，并由智能分站(32)直接對危險區(qū)域進(jìn) 行區(qū)域斷電保護(hù)處理，同時通過CAN總線(13)上傳瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)到 主控計算機(jī)(11)中；需要控制的設(shè)備(14)上的安全檢測傳感器和設(shè)備供電電源開關(guān)連 接在智能分站(32)上，用于在瓦斯?jié)舛瘸迺r，智能分站(32)直接 控制斷電。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于:直接匯聚節(jié)點模塊(21) 和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)的安裝位置是按照礦井下巷道地理位置設(shè)置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于主控計算機(jī)(11)中 存儲著每個直接匯聚節(jié)點模塊(21)和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)所在的位置和每個移動節(jié)點模塊(23)佩戴人的信息，根據(jù)這些信息，主控計 算機(jī)(11)上運行的綜合管理單元(61)確定任意一個移動節(jié)點模塊(23) 在井下的區(qū)域位置和所在區(qū)域的瓦斯?jié)舛取?br> 7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，直接匯聚節(jié)點模塊(21) 和中繼匯聚節(jié)點模塊(22)的通訊通過RS232串口連接在智能分站(32) 上，還通過CAN2.0B轉(zhuǎn)接器(26)將RS232接口轉(zhuǎn)換為CAN接口再連 接到CAN總線(13)上；還通過一定數(shù)量的中繼匯聚節(jié)點模塊(22) 采取無線傳遞方式實現(xiàn)通訊。
專利摘要本實用新型公開一種煤礦井下人員定位與瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，系統(tǒng)包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接裝置，將CAN網(wǎng)絡(luò)與無線傳感網(wǎng)絡(luò)連接起來，并利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織、多跳、數(shù)據(jù)采集與處理、以及無線通訊的特性，設(shè)計了一個適合在煤礦井下實現(xiàn)出、入井人員考勤，人員和移動車輛區(qū)域定位，并能夠?qū)崿F(xiàn)井下瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測。該系統(tǒng)和方法克服了目前瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)與人員定位系統(tǒng)分別運行的不足，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)人員區(qū)域定位和動態(tài)瓦斯檢測，而且能夠獲得事故發(fā)生前井下的人員分布和移動機(jī)械設(shè)備的分布，為及時解救被困礦工、避免二次災(zāi)害提供可靠的數(shù)據(jù)。
文檔編號H04L29/02GK201007797SQ20072010351
公開日2008年1月16日 申請日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月7日
發(fā)明者侯增廣, 張文亞, 景奉水, 恩 李, 猛 柏, 梁自澤, 王曉東, 麗 蔡, 民 譚, 趙曉光 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所