一种基于无线传感网的矿井环境监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于无线传感网的矿井环境监测系统，其包括监测端和数据处理端，所述监测端包括电源模块、微型处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和实时显示模块，所述传感器模块包括红外瓦斯传感器、温度传感器和湿度传感器，所述红外瓦斯传感器包括气室、滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路、MCU、声光报警电路和防爆电池，气室内设有双通道热释电探测器和红外光源，所述微型处理器模块包括微处理器和存储器，所述数据处理端设有用于处理分析数据的计算机，该计算机通过通信接口芯片连接微处理器。本实用新型专利技术适用于集中管理、分散控制的远程物联网系统，其有效解决了目前矿井安全生产监督领域的难题。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于物联网
，具体涉及一种基于无线传感网的矿井环境监测系统。
技术介绍
随着微电子、计算机通信、集成电路和网络技术的发展，无线传感器网络技术作为一种新兴技术得到了极大的推动，被广泛应用于森林救灾、环境监测、军事部署等各个领域，正悄然改变着人们的生产和生活方式。煤矿井下环境恶劣，给煤矿的安全生产和矿工的身心健康带来很大威胁。为了煤矿安全生产和管理以及矿工健康，有必要对矿井环境条件进行监测。无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，它具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特性，非常适合于矿井下监测。为了有效解决上述问题，将无线传感网技术引入矿井管理中，基于无线传感网对矿井环境进行监测，并进行原型系统设计，结果表明矿井环境监测无线传感器网络工作稳定可靠，并且能够满足矿井监测网络数据传输的要求，从而有效解决目前困扰安全生产监督领域的难题。
技术实现思路
本专利的目的就是基于无线传感网节点的功能，设计一种能够对矿井环境信息，温度、湿度和瓦斯浓度等主要技术指标进行采集和监测的环境监测系统。本技术采取的技术方案是：一种基于无线传感网的矿井环境监测系统，其包括监测端和数据处理端，所述监测端包括电源模块、微型处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和实时显示模块，所述传感器模块包括红外瓦斯传感器、温度传感器和湿度传感器，所述红外瓦斯传感器包括气室、滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路、MCU、声光报警电路和防爆电池，所述气室内设有双通道热释电探测器和红外光源，双通道热释电探测器依次连接所述滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路和MCU，MCU同时还与红外光源、声光报警电路和防爆电池连接；所述无线通讯模块采用RF射频模块，所述微型处理器模块包括微处理器和存储器，所述数据处理端设有用于处理分析数据的计算机，该计算机通过通信接口芯片连接微处理器。进一步的，所述微处理器采用Atmega128L微处理器。进一步的，所述通信接口芯片采用MAX3232E芯片。进一步的，所述MCU采用C8051F040微控制器。进一步的，所述温度传感器采用数字化温度感知芯片DS18B20。进一步的，所述计算机分别与云端的网关服务器、数据库服务器和信息监控服务器连接。本技术的有益效果是：适用于集中管理、分散控制的远程物联网系统，其有效解决了目前矿井安全生产监督领域的难题。同时本系统具有效率高、响应实时、可靠性高、抗扰动能力强等特点，同时具有很好的通用性，接口灵活方便、易于控制，并且具有较好的可维护性和可扩展性，成本价格低廉，制造方便。附图说明图1是传感节点结构图。图2是矿井环境监测系统示意图。图3是微处理器管脚图。图4是红外瓦斯传感器工作原理流程图。图5是红外瓦斯传感器电路原理示意图。图6是网关节点汇聚结构示意图。图7是环境监测中心系统结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。如图1至图7所示，一种基于无线传感网的矿井环境监测系统，其包括监测端和数据处理端，所述监测端包括电源模块、微型处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和实时显示模块，所述传感器模块包括红外瓦斯传感器、温度传感器和湿度传感器，所述红外瓦斯传感器包括气室、滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路、MCU、声光报警电路和防爆电池，所述气室内设有双通道热释电探测器和红外光源，双通道热释电探测器依次连接所述滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路和MCU，MCU同时还与红外光源、声光报警电路和防爆电池连接；所述无线通讯模块采用RF射频模块，所述微型处理器模块包括微处理器和存储器，所述数据处理端设有用于处理分析数据的计算机，该计算机通过通信接口芯片连接微处理器。图2是监测端系统结构图，其中处理机模块使用艾特梅尔公司的Atmega128L微处理器，它是基于精简指令集计算的，指令长度的单位是字节，取指令周期短，又可对指令进行预读取，如图3所示。图4所示为红外瓦斯传感器工作原理流程图。红外瓦斯传感器是基于红外光谱吸收原理，利用甲烷气体对红外光区某窄波段具有吸收峰的特性而设计的智能化传感器。红外瓦斯传感器由红外气室、热释电红外探测器及外围电路构成。在传感器正常工作时，由C8051F040发出一个一定频率的方波信号，该方波信号通过光源驱动电路来驱动红外光源工作；红外光通过探测气体后到达双通道热释电探测器；探测器将带有包含探测气体浓度信息的红外光转换为微弱的电信号；该微弱信号经过放大滤波电路后进入A/D口进行信号采集，经过运算后驱动数码显示浓度。温度（temp）传感器采用的是数字化温度感知芯片DS18B20，它的优点是：外部的接口非常简单，DS18B20的引脚具体为：引脚1用来接地(GND)；引脚2主要用于传输数据(DQ)；引脚3用于供电(VDD)，这一个引脚只是一个可选项。图5所示为网管节点汇聚结构示意图。该结构的功能：(1)汇聚传感器节点的感知数据信息；(2)向无线传感器网络发送监测命令或者其它的一些指令；(3)将汇聚的传感器感知数据信息转送到上面的信息处理中心。由图5可得，汇聚节点分为两大部分：1.无线通信部分；2.数据处理计算机。无线通信部分主包括RF射频模块、微处理器模块以及电源模块三个小部分。无线通信部分主要用于数据和命令的收发，数据处理计算机部分则是起到初步处理汇聚到的监测数据信息的作用。数据处理计算机功能：数据的接收；指令的发送；数据的处理；数据的发送，将监测到的信息经过网络发送至控制中心。在该监测系统中，汇聚节点的作用就是地面系统和地下系统交互的桥梁。图6所示为信息监测中心的系统结构图。它的功能包括：接收感知到的矿井检测信息；存储这些数据信息；分析处理信息，得出矿井是否安全、是否需要拉下报警等。以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本技术的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本技术的保护范围内。本技术未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线传感网的矿井环境监测系统，其特征在于：包括监测端和数据处理端，所述监测端包括电源模块、微型处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和实时显示模块，所述传感器模块包括红外瓦斯传感器、温度传感器和湿度传感器，所述红外瓦斯传感器包括气室、滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路、MCU、声光报警电路和防爆电池，所述气室内设有双通道热释电探测器和红外光源，双通道热释电探测器依次连接所述滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路和MCU，MCU同时还与红外光源、声光报警电路和防爆电池连接；所述无线通讯模块采用RF射频模块，所述微型处理器模块包括微处理器和存储器，所述数据处理端设有用于处理分析数据的计算机，该计算机通过通信接口芯片连接微处理器。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感网的矿井环境监测系统，其特征在于：包括监测端和数据处理端，所述监测端包括电源模块、微型处理器模块、传感器模块、无线通讯模块和实时显示模块，所述传感器模块包括红外瓦斯传感器、温度传感器和湿度传感器，所述红外瓦斯传感器包括气室、滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路、MCU、声光报警电路和防爆电池，所述气室内设有双通道热释电探测器和红外光源，双通道热释电探测器依次连接所述滤波电路、信号放大电路、电压跟随电路和MCU，MCU同时还与红外光源、声光报警电路和防爆电池连接；所述无线通讯模块采用RF射频模块，所述微型处理器模块包括微处理器和存储器，所述数据处理端设有用于处理分析数据的计算机，该计算机通过通信接口芯片连...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯钧，牛绿原，徐琳，
申请(专利权)人：南京理工大学泰州科技学院，冯钧，
类型：新型
国别省市：江苏;32