【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于井下人员定位，具体为一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统。
技术介绍
1、煤炭行业是我国国民经济体系中极为重要的支柱性能源产业，随着煤矿企业数量和产量的增长，煤矿企业的生产安全也成为了令人十分关心的头等大事煤矿安全生产监测监控系统省、市、县、矿的联网管理都是设立固定的监控室、监控中心，由专门的工作人员24小时进行固定值守，从而就产生了安全监测系统。
2、但是常见的系统无法满足煤矿与非煤矿山企业井下无线通信与人员定位需求，从而对井下人员作业安全造成了巨大的负面影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统。
2、本专利技术采用的技术方案如下：一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，包括电源供电模块、数据采集模块、物联网传输模块、汇聚节点模块、处理器模块、数据处理及存储模块、环境传感器模块、安全定位模块、温湿度传感器模块、瓦斯传感器模块、移动定位节点模块、参考定位节点模块、协调器中心基站模块和操作终端模块，所述电源供电模块的输出端连接有所述数据采集模块的输入端，所述数据采集模块的输出端连接有所述物联网传输模块的输入端，所述物联网传输模块的输出端连接有所述汇聚节点模块的输入端，所述汇聚节点模块的输出端连接有所述处理器模块的输入端，所述处理器模块的输出端连接有所述数据处理及存储模块的输入端，所述数据处理及存储模块的输出端连接有所述操作终端模块的输入端。
4、所述环境传感器模块的内部设置有温湿度传感器模块和瓦斯传感器模块，所述温湿度传感器模块和瓦斯传感器模块的整体输出端连接有所述环境传感器模块的输入端；
5、所述安全定位模块的内部设置有移动定位节点模块、参考定位节点模块和协调器中心基站模块，所述移动定位节点模块、参考定位节点模块和协调器中心基站模块的整体输出端连接有所述环境传感器模块的输入端。
6、在一优选的实施方式中，所述温湿度传感器模块选择了型号为gwsd100的温湿度传感器，其组成包括温度探头和湿度探头2部分，温湿度探头具有很好的灵敏度和监测范围，能够稳定可靠完成温湿度信号的采集；采集的数据汇总到内部处理器系统，之后通过对温湿度信号数据的分析处理，输出温湿度频率信号和对应的电流信号，具有很好的兼容性所述瓦斯传感器模块选择了型号为gjc4的瓦斯传感器；该瓦斯传感器采用的是嵌入式芯片，便于维护与控制，满足瓦斯浓度实时监测的要求；gjc4型瓦斯传感器主要由单片机、显示器、声光报警等组成，具有声光报警、信息显示、远距离传输等功能，同时，具有断电保护、数据信号输出等功能，模块化设计特点确保了后续安装的便捷性。
7、在一优选的实施方式中，所述移动定位节点模块提前录有该卡的员工信息，每一张卡都代表一个员工，因此具有唯一性；下井后员工必须将自己的卡些带在身上，便于员工的定位；所述移动定位节点模块使用的移动定位节点硬件部分是在满足上述设计要求的前提下所设计实现的，其中主要由cc2530主控芯片、电源、报警器、射频天线、体征传感器以及一些外部电路等组成；
8、所述移动定位节点模块以cc2530为主控芯片，主控电路是由cc2530以及供主控芯片正常工作用的一些外围电路元器件组成，图中元件组成了整个主控电路；芯片左侧留有接口，如传感器模块等之类的一些电路模块便是通过这些接口使用排线与之连接；主控电路是由cc2530以及供主控芯片正常工作用的一些外围电路元器件组成，芯片左侧留有接口，如传感器模块等之类的一些电路模块便是通过这些接口使用排线与之连接；这样可对整个系统进行模块化管理，而一些独立模块的更换也会很方便。
9、在一优选的实施方式中，所述参考定位节点模块起到的作用有两点：一是它是上小节中讲到的移动定位节点的父节点，在zigbee网络整体功能中作为路由器的角色使用；二是可以为整个网络定位系统提供定位参考坐标；
10、所述参考定位节点模块的核心芯片是cc2530，是整个硬件模块的控制中心，此外还有提供能量的电源模块、负责采集参数信息的各类传感器模块、负责接收系统其他系统模块信息的无线通信模块，以及异常情况时负责报警的报警器模块等组成；每个参考定位节点在被安装时均进行了人为编号，且将该信息与射频芯片中64位地址对应起来；如此一来，当某子节点即移动定位节点发送的信息被参考节点接收时，参考节点就可以将自己的具体位置信息经路由发送给中心基站。
11、在一优选的实施方式中，所述协调器中心基站模块的核心部分为协调器中心节点、电源和通信转换接口；为了便于中心节点的性能提升，并更好的对其进行维护，中心节点的硬件组成一般分为天线和cc2531的最小系统。
12、在一优选的实施方式中，所述物联网传输模块包含无线通信单元、微控制器单元、数据采集处理单元和供电单元4个组成部分；其中数据采集处理单元负责获取与转换煤矿井下监控区域的有害气体数据；微控制器单元主要用于传感器节点的管理；无线通信单元的职责为支持节点之间的无线通信；供电单元是传感器节点运行的能量来源。
13、在一优选的实施方式中，所述汇聚节点模块不仅能够初始化与创建zigbee网路，还能够完成煤矿井下有害气体数据的聚集和传输，所述处理器模块选择lpc2292处理器当作核心处理单元，存储单元中扩展的存储芯片采用sst39vf160以及is61lv25616al，无线与有线传输单元分别选择能够满足zigbee技术要求的cc2420芯片和cs8900a芯片，实现与传感器节点以及监控主机之间的通信；其中lpc2292处理器的位数为16/32位，主频能够达到60mhz，且含有高速存储器，同时电源管理单元的电源能耗可以始终保持在合理范围，满足系统的数据处理速度和能源消耗要求。
14、在一优选的实施方式中，所述数据处理及存储模块对于井下不同类型传感器以及移动、参考节点反馈回来的数据需要进行十分必要的归类、处理与存储；一方面利于煤矿企业的正常化管理，实现对井下设备及环境状态的监控，完成井下工作的正常考勤；另一方面对突发安全事故也有很大的信息支持，便于井上搜救人员快速准确的判断井下遇难人员的具体位置、生命特征以及所处位置环境情况，便于更快更有效的提供营救方案；上位机采集的数据主要包括了移动与参考节点的报告信息、参考节点位置的环境信息、移动节点的人员生理信息以及移动节点的人员定位信息等四类；节点地入网信息实在入网成功后，上位系统会自动获得网络id与对应的地址物理id；网络id为监控主机的控制命令寻址；物理id为井下的实际地理位置；参考节点为固定分散在井下巷道的定位点，利用网络资源可以同时有选择性对井下各工段环境参数进行检测，包括温湿度、风速、瓦斯浓度等等；移动节点实际为矿工佩戴的定位装置，同样利用zigbee的通信技术将检测到的矿工生理特征进行反馈；定位信息则是通过zigbee网络的定位rss本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，包括电源供电模块(1)、数据采集模块(2)、物联网传输模块(3)、汇聚节点模块(4)、处理器模块(5)、数据处理及存储模块(6)、环境传感器模块(7)、安全定位模块(8)、温湿度传感器模块(9)、瓦斯传感器模块(10)、移动定位节点模块(11)、参考定位节点模块(12)、协调器中心基站模块(13)和操作终端模块(14)，其特征在于：所述电源供电模块(1)的输出端连接有所述数据采集模块(2)的输入端，所述数据采集模块(2)的输出端连接有所述物联网传输模块(3)的输入端，所述物联网传输模块(3)的输出端连接有所述汇聚节点模块(4)的输入端，所述汇聚节点模块(4)的输出端连接有所述处理器模块(5)的输入端，所述处理器模块(5)的输出端连接有所述数据处理及存储模块(6)的输入端，所述数据处理及存储模块(6)的输出端连接有所述操作终端模块(14)的输入端。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述物联网传输模块(3)包括环境传感器模块(7)和安全定位模块(8)；
3.如权利
4.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述移动定位节点模块(11)提前录有该卡的员工信息，每一张卡都代表一个员工，因此具有唯一性；下井后员工必须将自己的卡些带在身上，便于员工的定位；所述移动定位节点模块(11)使用的移动定位节点硬件部分是在满足上述设计要求的前提下所设计实现的，其中主要由CC2530主控芯片、电源、报警器、射频天线、体征传感器以及一些外部电路等组成；
5.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述参考定位节点模块(12)起到的作用有两点：一是它是上小节中讲到的移动定位节点的父节点，在ZigBee网络整体功能中作为路由器的角色使用；二是可以为整个网络定位系统提供定位参考坐标；
6.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述协调器中心基站模块(13)的核心部分为协调器中心节点、电源和通信转换接口；为了便于中心节点的性能提升，并更好的对其进行维护，中心节点的硬件组成一般分为天线和CC2531的最小系统。
7.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述物联网传输模块(3)包含无线通信单元、微控制器单元、数据采集处理单元和供电单元4个组成部分；其中数据采集处理单元负责获取与转换煤矿井下监控区域的有害气体数据；微控制器单元主要用于传感器节点的管理；无线通信单元的职责为支持节点之间的无线通信；供电单元是传感器节点运行的能量来源。
8.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述汇聚节点模块(4)不仅能够初始化与创建ZigBee网路，还能够完成煤矿井下有害气体数据的聚集和传输，所述处理器模块(5)选择LPC2292处理器当作核心处理单元，存储单元中扩展的存储芯片采用SST39VF160以及IS61LV25616AL，无线与有线传输单元分别选择能够满足ZigBee技术要求的CC2420芯片和CS8900A芯片，实现与传感器节点以及监控主机之间的通信；其中LPC2292处理器的位数为16/32位，主频能够达到60MHz，且含有高速存储器，同时电源管理单元的电源能耗可以始终保持在合理范围，满足系统的数据处理速度和能源消耗要求。
9.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述数据处理及存储模块(6)对于井下不同类型传感器以及移动、参考节点反馈回来的数据需要进行十分必要的归类、处理与存储；一方面利于煤矿企业的正常化管理，实现对井下设备及环境状态的监控，完成井下工作的正常考勤；另一方面对突发安...
【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，包括电源供电模块(1)、数据采集模块(2)、物联网传输模块(3)、汇聚节点模块(4)、处理器模块(5)、数据处理及存储模块(6)、环境传感器模块(7)、安全定位模块(8)、温湿度传感器模块(9)、瓦斯传感器模块(10)、移动定位节点模块(11)、参考定位节点模块(12)、协调器中心基站模块(13)和操作终端模块(14)，其特征在于：所述电源供电模块(1)的输出端连接有所述数据采集模块(2)的输入端，所述数据采集模块(2)的输出端连接有所述物联网传输模块(3)的输入端，所述物联网传输模块(3)的输出端连接有所述汇聚节点模块(4)的输入端，所述汇聚节点模块(4)的输出端连接有所述处理器模块(5)的输入端，所述处理器模块(5)的输出端连接有所述数据处理及存储模块(6)的输入端，所述数据处理及存储模块(6)的输出端连接有所述操作终端模块(14)的输入端。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述物联网传输模块(3)包括环境传感器模块(7)和安全定位模块(8)；
3.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述温湿度传感器模块(9)选择了型号为gwsd100的温湿度传感器，其组成包括温度探头和湿度探头2部分，温湿度探头具有很好的灵敏度和监测范围，能够稳定可靠完成温湿度信号的采集；采集的数据汇总到内部处理器系统，之后通过对温湿度信号数据的分析处理，输出温湿度频率信号和对应的电流信号，具有很好的兼容性所述瓦斯传感器模块(10)选择了型号为gjc4的瓦斯传感器；该瓦斯传感器采用的是嵌入式芯片，便于维护与控制，满足瓦斯浓度实时监测的要求；gjc4型瓦斯传感器主要由单片机、显示器、声光报警等组成，具有声光报警、信息显示、远距离传输等功能，同时，具有断电保护、数据信号输出等功能，模块化设计特点确保了后续安装的便捷性。
4.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述移动定位节点模块(11)提前录有该卡的员工信息，每一张卡都代表一个员工，因此具有唯一性；下井后员工必须将自己的卡些带在身上，便于员工的定位；所述移动定位节点模块(11)使用的移动定位节点硬件部分是在满足上述设计要求的前提下所设计实现的，其中主要由cc2530主控芯片、电源、报警器、射频天线、体征传感器以及一些外部电路等组成；
5.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述参考定位节点模块(12)起到的作用有两点：一是它是上小节中讲到的移动定位节点的父节点，在zigbee网络整体功能中作为路由器的角色使用；二是可以为整个网络定位系统提供定位参考坐标；
6.如权利要求1所述的一种基于物联网的矿井井下人员定位安全监测系统，其特征在于：所述协调器中心基站模块(13)的核心部分为协调器中心节点、电源和通信转换接口；为了便于中心节点的性能提升，并更好的对其进行维护，中心节点的硬件组成一般分为天线和cc2...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙波，张然，李强，徐志刚，谢莉莉，赵暖，
申请(专利权)人：孙波，
类型：发明
国别省市：
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