基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，包括嵌入式网关控制器、ZigBee协调器、具有ZigBee模块的终端节点以及矿用瓦斯传感器；所述矿用瓦斯传感器用于采集矿井下各点瓦斯浓度；终端节点用来控制矿用瓦斯传感器采集数据和收集所采集的数据，并通过ZigBee网络与协调器通信；ZigBee协调器用于和嵌入式网关控制器及所有终端节点通信；嵌入式网关控制器用于和ZigBee协调器交互，实现本地操作和远程操作。本实用新型专利技术结构简单、体积小、成本低、功耗低，便于组网和维护，能够实现煤矿瓦斯气体全方位的监测。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，包括嵌入式网关控制器、ZigBee协调器、具有ZigBee模块的终端节点以及矿用瓦斯传感器；所述矿用瓦斯传感器用于采集矿井下各点瓦斯浓度；终端节点用来控制矿用瓦斯传感器采集数据和收集所采集的数据，并通过ZigBee网络与协调器通信；ZigBee协调器用于和嵌入式网关控制器及所有终端节点通信；嵌入式网关控制器用于和ZigBee协调器交互，实现本地操作和远程操作。本技术结构简单、体积小、成本低、功耗低，便于组网和维护，能够实现煤矿瓦斯气体全方位的监测。【专利说明】基于Z i gBee无线网络的煤矿安全监测系统
本技术涉及物联网信息服务
，特别是一种基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统。
技术介绍
近年来，我国煤矿瓦斯爆炸事故频发，多是由于矿下安全监测不全面、不及时，从而造成大量人员伤亡，带来重大经济损失。传统的煤矿瓦斯监测系统大都通过有线网络建立，需要在矿下铺设大量的电源线、网线，加大了工程的难度和成本，且复杂地形很难完全覆盖，高成本、低覆盖率的有线网络监测系统已经适应不了煤矿生产的高安全标准。随着国内物联网行业进入发展的快车道，ZigBee技术越来越多的被应用到环境、安全监测系统中，利用传感器技术与ZigBee技术的有机结合，将采集的数据周期性发送到网络中心节点，进行多点的实时信息监控。ZigBee终端节点具有低功耗特点，可采用电池供电，无需布线，成本低，易于管理和维护，设备体积小，方便放置于各种复杂环境，覆盖范围广。因此，建立一套基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统十分必要。
技术实现思路
本技术需要解决的技术问题是提供一种成本低、覆盖率高、易于管理和维护的基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案如下。基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，包括嵌入式网关控制器、ZigBee协调器、具有ZigBee模块的终端节点以及矿用瓦斯传感器;所述矿用瓦斯传感器用于采集矿井下各点瓦斯浓度;终端节点用来控制矿用瓦斯传感器采集数据和收集所采集的数据，并通过ZigBee网络与协调器通信；ZigBee协调器用于和嵌入式网关控制器及所有终端节点通信;嵌入式网关控制器用于和ZigBee协调器交互，实现本地操作和远程操作;所述ZigBee协调器包括微处理器以及与微处理器连接的天线、复位电路、晶振电路、外围电路和电源管理模块，所述微处理器与终端节点之间通过ZigBee网络通信。上述基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，所述煤矿安全监测系统还包括与嵌入式网关控制器互联的上位机控制器。上述基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，所述ZigBee协调器还包括与微处理器连接的串口模块，串口模块通过WiFi或以太网与嵌入式网关控制器通信。上述基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，所述串口模块为RS232串口模块。上述基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，所述ZigBee协调器还包括与微处理器连接的用于通过GPRS进行短信收发的信息交互模块和报警模块。由于采用了以上技术方案，本技术所取得技术进步如下。本技术结构简单、体积小、成本低、功耗低，便于组网和维护，能够实现煤矿瓦斯气体全方位的监测。终端节点在ZigBee协调器的控制下实时或周期性的采集数据，其余时间进入休眠状态，保持低功率消耗，其采集数据可由ZigBee协调器收集并发送到嵌入式网关控制器，对数据处理以实现安全监测;嵌入式网关控制器同时支持以太网和GPRS通信，实现了系统的远程交互;上位机控制器的数据库更方便对历史数据进行查阅和分析，做到防范于未然。无需布线的ZigBee无线网络系统实现了全方位的矿下安全实时监测，使监测系统实现智能化、可靠化。【附图说明】图1为本技术的结构框图；图2为本技术所述ZigBee协调器的结构框图。【具体实施方式】下面将结合附图和具体实施例对本技术进行进一步详细说明。一种基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，其结构如图1所示，包括上位机控制器、嵌入式网关控制器、ZigBee协调器、终端节点、矿用瓦斯传感器;终端节点、矿用瓦斯传感器安装在煤矿井下需要监测的各个区域，矿用瓦斯传感器的输出端连接终端节点的输入端，终端节点与ZigBee协调器互联，嵌入式网关控制器分别与ZigBee协调器和上位机控制器互联。矿用瓦斯传感器用于采集煤矿井下各点瓦斯的浓度值，并实时传递给终端节点。本实施例中，矿用瓦斯传感器采用MC114，其响应速度快、具有良好的重复性和选择性，桥路输出电压呈线性、稳定、可靠。终端节点具有ZigBee模块，用来控制矿用瓦斯传感器采集数据和收集所采集的数据，并通过ZigBee网络与ZigBee协调器通信。终端节点具有异步休眠的低功耗特点，所有终端节点在不采集数据期间可进入休眠状态，以实现低功耗，处在休眠状态的终端节点，每隔一定时间醒来一次，监听协调器的唤醒指令。收到协调器唤醒指令后，即启动矿用瓦斯传感器采集数据，待采集数据完成，通过RF通信把数据发送给协调器。终端节点采用电池供电，省去矿下布局布线的繁琐工艺，终端节点上电后自动和Z i g B e e协调器绑定，在Z i g B e e协调器的休眠指令下完成与ZigBee无线网络中的其它终端节点同步。ZigBee协调器，用于和嵌入式网关控制器及所有终端节点通信，协调器管理大量终端节点，信息交互量大，不进入低功耗模式，采用5V直流电源供电。ZigBee协调器的结构如图2所示，包括微处理器以及分别与微处理器连接的天线、复位电路、晶振电路、外围电路、电源管理模块、串口模块、信息交互模块和报警模块，串口模块优选RS232串口模块。ZigBee协调器具有控制所有终端同步操作的功能，同时唤醒所有休眠终端节点，使所有终端节点在同一时刻采集数据并发送到协调器，以便于整体数据的分析和处理。有两种控制模式，一种是自动模式，周期性的发送唤醒指令到终端节点，命令终端节点采集数据，然后上传到嵌入式网关控制器;另一种是手动模式，监测人员想立刻查看当前矿下瓦斯气体浓度情况时，可命令协调器立即唤醒所有终端节点，进行数据采集。微处理器采用TI公司的CC2530芯片，该芯片集成高性能和低功耗的8051微控制器核，具有极高的接收灵敏度和抗干扰性能。天线使用50欧倒F状负极性天线，结构紧凑，适合于进行中远距离短波通信，以达到最佳通信效果。信息交互模块用于进行GPRS短信收发，即通过GPRS发送短信到监管人员手机，提醒及时处理。嵌入式网关控制器通过WiFi或以太网与ZigBee协调器的RS232串口模块通讯，实现和ZigBee协调器的交互，完成本地操作和远程操作；嵌入式网关控制器还用于对协调器数据进行分析和处理，通过WiFi或以太网与上位机通信，实现系统的远程监控。上位机控制器收到嵌入式网关控制器采集数据后同样进行分析、显示，对异常数据报警，同时上位机控制器还设置有专用数据库，将数据存入数据库，供以后查看历史数据。需要强调的是，本技术所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本技术包括并不限于【具体实施方式】中所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ZigBee无线网络的煤矿安全监测系统，其特征在于：包括嵌入式网关控制器、ZigBee协调器、具有ZigBee模块的终端节点以及矿用瓦斯传感器；所述矿用瓦斯传感器用于采集矿井下各点瓦斯浓度；终端节点用来控制矿用瓦斯传感器采集数据和收集所采集的数据，并通过ZigBee网络与协调器通信；ZigBee协调器用于和嵌入式网关控制器及所有终端节点通信；嵌入式网关控制器用于和ZigBee协调器交互，实现本地操作和远程操作；所述ZigBee协调器包括微处理器以及与微处理器连接的天线、复位电路、晶振电路、外围电路和电源管理模块，所述微处理器与终端节点之间通过ZigBee网络通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范学升，李伟，韩学森，张存生，王超，
申请(专利权)人：范学升，
类型：新型
国别省市：山东;37