專利名稱：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦井溫、濕度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
對(duì)礦井溫、濕度檢測(cè)是一種很復(fù)雜的工程，現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)包括若干傳感器，這些傳感器都通過有線的方式與檢測(cè)終端設(shè)備連接，通過有線的方式構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)。由于礦井比較深，井下的狀況復(fù)雜，鋪設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候非常復(fù)雜，給鋪設(shè)的工人帶來很多困難，并且鋪設(shè)的時(shí)候非常危險(xiǎn)，會(huì)給鋪設(shè)的工人造成身體上的傷害； 設(shè)備鋪設(shè)好之后功耗很大，浪費(fèi)很多能源，鋪設(shè)好的設(shè)備維護(hù)起來也非常不方便，工人維護(hù)的時(shí)候還需要下到礦井下面進(jìn)行維護(hù)，相當(dāng)困難?？傊F(xiàn)有技術(shù)中的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能適應(yīng)工程發(fā)展的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括由若干個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置包括基站節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控終端設(shè)備，所述每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測(cè)到的溫度、濕度信息發(fā)送給微處理器進(jìn)行處理后通過ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)，所述基站節(jié)點(diǎn)接收并存儲(chǔ)無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的溫度、濕度信息同時(shí)將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設(shè)備上。一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟
步驟I、在礦井內(nèi)不同位置設(shè)置測(cè)量節(jié)點(diǎn)，所述每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊分別與微處理器相連；
步驟2、布設(shè)好測(cè)量節(jié)點(diǎn)后選擇無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)裝置之間的工作模式模式a、本地顯示模式
測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理后通過顯示模塊顯示此刻的溫濕度數(shù)據(jù)；測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器不工作；
模式b、遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式
測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理，同時(shí)ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器對(duì)相鄰測(cè)量節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行偵聽，通過記錄相鄰測(cè)量節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)示號(hào)碼來建立靜態(tài)路由表，從而實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；指定傳感網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)的通信路徑，根據(jù)指定的路徑通過多跳方式把數(shù)據(jù)包發(fā)送到基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)再將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端設(shè)備；同時(shí)斷開測(cè)量節(jié)點(diǎn)中微處理器與顯示模塊之間的連接；
模式C、本地顯示模式與遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式共同工作；
步驟3、根據(jù)上述步驟2選定的工作模式執(zhí)行，完成對(duì)礦井溫、濕度的檢測(cè)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為1)本發(fā)明不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠使用戶在任何時(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下，獲取礦井下大量詳實(shí)而可靠的溫、濕度信息；2)本發(fā)明具有體積小、功耗少、快速組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，并通·過監(jiān)控終端進(jìn)行接收數(shù)據(jù)、發(fā)送命令、具有部署方便，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明礦井溫濕度采集通信系統(tǒng)總體圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施中測(cè)量節(jié)點(diǎn)示意圖?！D3是本發(fā)明實(shí)施中基站節(jié)點(diǎn)不意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括由若干個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置包括基站節(jié)點(diǎn)11和監(jiān)控終端設(shè)備12，所述每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測(cè)到的溫度、濕度信息發(fā)送給微處理器進(jìn)行處理后通過ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)11，所述基站節(jié)點(diǎn)11接收并存儲(chǔ)無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的溫度、濕度信息同時(shí)將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設(shè)備12上。所述測(cè)量節(jié)點(diǎn)還包括顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備與微處理器相連，用于顯示處理后的溫度、濕度數(shù)據(jù)。所述基站節(jié)點(diǎn)11包括ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、微控制器和串口電路，所述串口電路用于與監(jiān)控終端設(shè)備12相連。所述ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器采用cc2530射頻芯片收發(fā)電路。一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟
步驟I、在礦井內(nèi)不同位置設(shè)置測(cè)量節(jié)點(diǎn)，所述每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊分別與微處理器相連；
步驟2、布設(shè)好測(cè)量節(jié)點(diǎn)后選擇無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)裝置之間的工作模式
模式a、本地顯示模式
測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理后通過顯示模塊顯示此刻的溫濕度數(shù)據(jù)；測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器不工作；模式b、遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式
測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理，同時(shí)ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器對(duì)相鄰測(cè)量節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行偵聽，通過記錄相鄰測(cè)量節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)示號(hào)碼來建立靜態(tài)路由表，從而實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；指定傳感網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)的通信路徑，根據(jù)指定的路徑通過多跳方式把數(shù)據(jù)包發(fā)送到基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)再將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端設(shè)備；同時(shí)斷開測(cè)量節(jié)點(diǎn)中微處理器與顯示模塊之間的連接；
模式C、本地顯示模式與遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式共同工作；
步驟3、根據(jù)上述步驟2選定的工作模式執(zhí)行，完成對(duì)礦井溫、濕度的檢測(cè)。
實(shí)施例如圖I所示，本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括由分布在礦井中的測(cè)量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，由基站節(jié)點(diǎn)11和監(jiān)控終端設(shè)備12相連接形成的監(jiān)控裝置，所述基站節(jié)點(diǎn)11與所述無線傳感網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行無線通信。測(cè)量節(jié)點(diǎn)的數(shù)目為A、B、C、D、E、F 6個(gè)，所述6個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間通過無線通信方式構(gòu)成無線傳感器自組網(wǎng)，指定基站節(jié)點(diǎn)11 只與所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量節(jié)點(diǎn)D進(jìn)行無線通信，而自組網(wǎng)中的其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都通過該測(cè)量節(jié)點(diǎn)D傳輸?shù)交竟?jié)點(diǎn)11。如圖2所示，測(cè)量節(jié)點(diǎn)是由用于測(cè)量礦井周圍環(huán)境的溫濕度的傳感器20、用于與相鄰測(cè)量節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信的CC2530射頻芯片收發(fā)電路22、用于顯示測(cè)量結(jié)果的顯示模塊23分別與微處理器21相連接組成，每個(gè)所述測(cè)量節(jié)點(diǎn)具有一個(gè)電源為測(cè)量節(jié)點(diǎn)的各器件供電，電源為鋰電池，具有體積小、低功耗的優(yōu)點(diǎn)。顯示模塊23可以采用一液晶顯示。cc2530射頻芯片收發(fā)電路22負(fù)責(zé)與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，建立靜態(tài)路由，從而實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；微處理器21為msp430低功耗單片機(jī)，負(fù)責(zé)采集溫、濕度傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行校正；并將溫濕度信息發(fā)送給顯示模塊23和CC2530射頻芯片收發(fā)電路22，或?qū)c2530射頻芯片收發(fā)電路22收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，發(fā)出相關(guān)響應(yīng)。如圖3所示，基站節(jié)點(diǎn)11包括微控制器31、基站節(jié)點(diǎn)cc2530射頻芯片收發(fā)電路32，還要增加一個(gè)用于與監(jiān)控終端設(shè)備13相連接的串口電路33。當(dāng)然，基站節(jié)點(diǎn)11也可以采用具有相同功能的其他電路結(jié)構(gòu)。監(jiān)控終端設(shè)備13為一個(gè)計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)接收所有測(cè)量節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，并根據(jù)用戶要求向測(cè)量節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)發(fā)出命令。因?yàn)闇y(cè)量節(jié)點(diǎn)部署在礦井的不同位置，測(cè)量獲得的信號(hào)輸出就很重要。采取有線方式輸出非常麻煩，施工成本高，節(jié)點(diǎn)放置位置也受諸多限制。本發(fā)明采用了無線自組網(wǎng)的方法將采集到的數(shù)據(jù)輸出。每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)上的msp430單片機(jī)將采集獲得的數(shù)據(jù)送給cc2530射頻芯片收發(fā)電路，cc2530射頻芯片收發(fā)電路通過偵聽鄰居節(jié)點(diǎn)來建立路由。cc2530射頻芯片收發(fā)電路工作在915MHZ的頻率上，寬帶為38. 4KHZ。測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間通過無線方式形成多跳自組網(wǎng)，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，由于采用無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，測(cè)量節(jié)點(diǎn)也沒有電源線，所以測(cè)量節(jié)點(diǎn)采用電池供電。為了節(jié)省電能，測(cè)量節(jié)是低功耗設(shè)計(jì)。測(cè)量節(jié)點(diǎn)使用低功耗的msp430單片極，并進(jìn)行嚴(yán)格的電源管理控制，具體方法為暫時(shí)不工作的器件全部斷電，msp430和cc2530射頻芯片收發(fā)電路在不工作時(shí)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。整個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的礦井溫濕度采集通信系統(tǒng)包括測(cè)量溫濕度并本地液晶顯示工作模式和測(cè)量溫濕度并遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式兩種工作模式。
在測(cè)量溫濕度并本地液晶顯示工作模式中，設(shè)置測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的CC2530射頻芯片收發(fā)電路和監(jiān)控裝置不工作，msp430單片機(jī)定時(shí)采集溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，然后控制液晶顯示器顯示當(dāng)前溫濕度。在測(cè)量溫濕度并遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式中，對(duì)通信系統(tǒng)的設(shè)置如下液晶顯示器不工作；測(cè)量節(jié)點(diǎn)上電后前10分鐘內(nèi)，為建立路由階段，msp430每2秒采集一次溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過cc2530射頻芯片收發(fā)電路發(fā)送出去，cc2530射頻芯片收發(fā)電路同時(shí)對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行偵聽，記錄 鄰居節(jié)點(diǎn)的身份ID從而能建立穩(wěn)定的路由表。單片機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)速率可以通過監(jiān)控終端設(shè)定，監(jiān)控終端有一輸入裝置，使用戶通過該輸入裝置來控制發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，設(shè)置默認(rèn)的發(fā)送數(shù)據(jù)速率為每30分鐘一次。節(jié)點(diǎn)按照建立好的路徑通過多跳方式把數(shù)據(jù)包發(fā)送到監(jiān)控終端設(shè)備，以節(jié)省能源，減少冗余數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括由若干個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置包括基站節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控終端設(shè)備，所述每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測(cè)到的溫度、濕度信息發(fā)送給微處理器進(jìn)行處理后通過ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)，所述基站節(jié)點(diǎn)接收并存儲(chǔ)無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的溫度、濕度信息同時(shí)將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量節(jié)點(diǎn)還包括顯示設(shè)備，所述顯示設(shè)備與微處理器相連，用于顯示處理后的溫度、濕度數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基站節(jié)點(diǎn)包括ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、微控制器和串口電路，所述串口電路用于與監(jiān)控終端設(shè)備相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器采用cc2530射頻芯片收發(fā)電路。
5.一種權(quán)利要求I所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I、在礦井內(nèi)不同位置設(shè)置測(cè)量節(jié)點(diǎn)，所述每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器、顯示模塊分別與微處理器相連； 步驟2、布設(shè)好測(cè)量節(jié)點(diǎn)后選擇無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)裝置之間的工作模式 模式a、本地顯示模式 測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理后通過顯示模塊顯示此刻的溫濕度數(shù)據(jù)；測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器不工作； 模式b、遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式 測(cè)量節(jié)點(diǎn)中的溫度傳感器、濕度傳感器將采集到的溫濕度信息發(fā)送到微處理器處理，同時(shí)ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器對(duì)相鄰測(cè)量節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行偵聽，通過記錄相鄰測(cè)量節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)示號(hào)碼來建立靜態(tài)路由表，從而實(shí)現(xiàn)無線發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；指定傳感網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)的通信路徑，根據(jù)指定的路徑通過多跳方式把數(shù)據(jù)包發(fā)送到基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)再將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控終端設(shè)備；同時(shí)斷開測(cè)量節(jié)點(diǎn)中微處理器與顯示模塊之間的連接； 模式C、本地顯示模式與遠(yuǎn)程監(jiān)控工作模式共同工作。
6.步驟3、根據(jù)上述步驟2選定的工作模式執(zhí)行，完成對(duì)礦井溫、濕度的監(jiān)測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括由若干個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)裝置包括基站節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控終端設(shè)備，所述每個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器、濕度傳感器、ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器和微處理器，其中溫度傳感器、濕度傳感器和ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器分別與微處理器相連，溫度傳感器、濕度傳感器將檢測(cè)到的溫度、濕度信息發(fā)送給微處理器進(jìn)行處理后通過ZigBee協(xié)議射頻收發(fā)器發(fā)送給基站節(jié)點(diǎn)，所述基站節(jié)點(diǎn)接收并存儲(chǔ)無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的溫度、濕度信息同時(shí)將信息發(fā)送到監(jiān)控終端設(shè)備上。本發(fā)明具有體積小、功耗少、快速組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102685212SQ20121010083
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者石南, 陳勇, 高尚 申請(qǐng)人:南京龍淵微電子科技有限公司