煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統的製作方法
2023-12-10 21:10:32
煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統，首先，在煤礦井下各避難場所中布置無線傳感網絡的節點，該節點負責收集該避難場所的各種環境參數：包括場所內部的溫度、溼度、氣壓、二氧化碳及其他有害氣體的濃度等；其次，在煤礦各採掘水平或採區形成初級匯聚節點，負責對該區域內避難場所的環境參數進行匯總；第三，在井底車場形成井下總匯聚節點，負責匯總煤礦井下所有緊急避難場所的環境參數；第四，將井底車場總匯聚節點的信息傳送至煤礦地面監控中心。第五，在進行環境控制時，信號方向可以下行傳輸，傳輸路由順序為以上的逆序過程。本發明在組成無線傳感網絡時使用了集散式的信息交換結構，採用了混合無線通信協議。
【專利說明】煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統，屬於無線測控領域。
【背景技術】
[0002]煤礦井下應急避難場所(包括避難硐室和救生艙)是在煤礦井下發生事故後為無法及時撤離的相關工作人員提供一個安全的密閉空間。在這個空間中，需要對該場所中的環境進行有效和準確的監測和控制，使其能夠最大限度地滿足艙內人員生存的需要。
[0003]目前，現有的應急避難場所環境的測控方式都是採用單獨測控、有線傳輸(包括金屬電纜和光纖傳輸)。這樣的測控方式缺乏整體調節的能力；而有線傳輸方式在礦井發生災害時存在傳輸線路被毀的問題，在礦井發生災變時，一旦傳輸線路被毀，避難場所和外界的聯繫即被切斷，使得緊急避難場所的環境調控惡化，救援人員與避難人員的聯繫中斷，從而危及避難人員的生命安全。
【發明內容】
[0004]本發明採用無線傳感網絡對煤礦緊急避難場所的環境進行監測和調控，使煤礦井下緊急避難場所的環境情況能夠在任何情況下都能實時反映到地面監控中心，同時也能將調控信號及時傳輸到緊急避難系統，從而避免了有線信號傳輸的問題，實現全天候實時對煤礦井下緊急避難場所的環境情況進行監控和調節。
[0005]本發明是一種基於「集散式無線傳感網絡」的煤礦緊急避難場所環境測控系統為煤礦井下各種緊急避難場所(包括各種避難硐室和救生艙)提供環境監測和控制的手段，同時也為煤礦救援提供參考。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]首先，在煤礦井下各避難場所中布置無線傳感網絡的節點，該節點負責收集該避難場所的各種環境參數:包括場所內部的溫度、溼度、氣壓、二氧化碳及其他有害氣體的濃度等；
[0008]其次，在煤礦各採掘水平或採區形成初級匯聚節點，負責對該區域內避難場所的環境參數進行匯總；
[0009]第三，在井底車場形成井下總匯聚節點，負責匯總煤礦井下所有緊急避難場所的環境參數；
[0010]第四，將井底車場總匯聚節點的信息傳送至煤礦地面監控中心，實現對整個煤礦避難場所的監控。
[0011]第五，在進行環境控制時，信號方向可以下行傳輸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]通過參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例，本發明的以上和其它方面及優點將變得更加易於清楚，在附圖中:
[0013]圖1為本發明的煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統的原理結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]在下文中，現在將參照附圖更充分地描述本發明，在附圖中示出了各種實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限於在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，並將本發明的範圍充分地傳達給本領域技術人員。
[0015]在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例。
[0016]參考附圖1，本發明在系統結構上採用了集散式結構，在通信網絡上採用混合式無線通信協議:
[0017]先由各避難場所構成一個傳感節點，為整個集散網絡的最底層。在該層中，各避難場所的環境數據由傳感節點收集，同時各避難場所的環境數據之間可以進行交換和通信，以便能夠獲知彼此間的環境參數信息。在本層中，各避難場所的環境數據傳輸協議使用ZigBee協議(通常使用此種無線傳輸協議，但不限於此)，便於進行低功耗數據傳輸。
[0018]在同一採區的幾個避難場所的環境數據構成集散網絡的第二層，該層的傳感節點為匯聚節點，負責收集本採區的數據。幾個採區之間的數據可以進行數據交換和通信。鑑於在本層已經形成了一個小型網絡，因此，各採區間的數據通信採用WiFi通信協議(通常使用此種無線傳輸協議，但不限於此)。
[0019]各採區數據同樣通過WiFi通信協議(通常使用此種無線傳輸協議，但不限於此)向井底車場匯聚，井底車場形成了整個井下避難場所環境數據的總匯聚節點。
[0020]井底車場在匯聚數據後向煤礦地面的監控中心傳輸數據，通信協議為GPRS。監控人員和救援人員可以根據井下各避難場所的環境數據確定調節方盒和救援方案。
[0021]進行環境參數的集中調節和控制時，信號的傳輸方向相反，即首先由地面監控中心發出指令，送達井底車場，然後由井底車場的節點送至各採區的節點，最終送達各避難場所。
[0022]本發明的工作原理如下:
[0023](I)在系統開始工作時，首先由各避難場所的環境參數傳感器採集環境參數，經數模轉換後將這些參數送入相應的晶片。晶片可以將環境數據存儲，如接受到上傳指令後即向採區匯聚節點上傳，此外也可以與本層間的其他避難場所的環境參數進行交換。
[0024]該晶片除了有數據傳輸的功能外，還具有運算和控制功能，可根據當前的環境情況發出控制指令。控制晶片有兩種工作方式:其一為「就地」，其二為「遠程」。「就地」工作模式是根據本避難場所的環境情況進行環境的自動調節；「遠程」則是接收上一層網絡傳來的控制指令進行調節。
[0025]該晶片可以選用任一型號的16位單片機(如MSP430等)。
[0026](2)採區匯聚節點的主要工作是作為信息匯集和中繼節點來使用的，有上行和下行兩種工作模式。
[0027]上行模式是指採區的匯聚節點將本採區內的環境信息進行匯總，並向上一級匯聚節點(井底車場總匯聚節點)進行傳輸。
[0028]而下行模式則是指採區的匯聚節點在接收到上一級匯聚節點(井底車場總匯聚節點)的指令後，向本採區內的各避難場所的環境控制設備發出指令。
[0029]採區匯聚節點的傳輸協議採用WiFi協議(通常使用此種無線傳輸協議，但不限於此)。
[0030](3)在井底車場總匯聚節點收到環境信息後，可將相關的環境信息傳送至煤礦地面監控中心。這部分的傳送協議採用GPRS傳輸協議。煤礦地面監控中心可根據傳回的信息進行相應的協調控制，同時相關的人員也可以進行救援工作。
[0031]本發明的無線網絡結構為集散式，網絡通信協議為混合式。在進行網絡構建時，可採用的具體通信協議可採用多種。例如底層也可以使用Wifi通信協議，而中間層可採用ZigBee協議等。
[0032]只要是不同的通信協議構成混合式、集散式的無線通信協議和系統整體結構，使用在煤礦井下緊急避難場所的環境測控中均屬於本發明的範圍。
[0033]本發明的優點有以下幾點:
[0034]1、在傳輸的介質上採用無線傳送方式，避免了電纜被毀後信息不能送達的缺點；
[0035]2、在網絡結構上採用集散式結構，既便於底層各避難場所環境信息的交換，也便於地面監控中心能夠實時掌握全局；
[0036]3、信息的傳送協議採用混合式無線傳輸協議，對於各層通信的特點予以充分考慮，避免了使用單一通信協議帶來的問題。
[0037]以上所述僅為本發明的實施例而已，並不用於限制本發明。本發明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統，其特徵在於: 首先，在煤礦井下各避難場所中布置無線傳感網絡的節點，該節點負責收集該避難場所的各種環境參數:包括場所內部的溫度、溼度、氣壓、二氧化碳及其他有害氣體的濃度等; 其次，在煤礦各採掘水平或採區形成初級匯聚節點，負責對該區域內避難場所的環境參數進行匯總； 第三，在井底車場形成井下總匯聚節點，負責匯總煤礦井下所有緊急避難場所的環境參數； 第四，將井底車場總匯聚節點的信息傳送至煤礦地面監控中心，實現對整個煤礦避難場所的監控； 第五，在進行環境控制時，信號方向可以下行傳輸。
2.如權利要求1所述的煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統，其特徵在於: 進行環境參數的集中調節和控制時，信號的傳輸方向相反，即首先由地面監控中心發出指令，送達井底車場，然後由井底車場的節點送至各採區的節點，最終送達各避難場所。
3.如權利要求2所述的煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統，其特徵在於:採用混合式無線通信協議，各避難場所的環境數據傳輸協議使用ZigBee協議，各採區間的數據通信採用WiFi通信協議。
4.根據權利要求2所述的煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統，其特徵在於:各避難場所的環境數據傳輸協議使用WiFi協議，各採區間的數據通信採用ZigBee通信協議。
5.根據權利要求1或2所述的煤礦緊急避難場所集散式無線傳感網絡環境測控系統，其特徵在於:井底車場在匯聚數據後向煤礦地面的監控中心傳輸數據，通信協議為GPRS。
【文檔編號】E21F17/18GK103696807SQ201310636891
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】姚舜才 申請人:姚舜才