矿用无线混频多数据监控系统

1.一种矿用无线混频多数据监控系统，包括地面部分和井下部分；其特征在于，地面部分包括：监控主机、无线接收器、监视器和报警器；井下部分包括：无线便携多数据采集仪、环境参数传感器、生命体征参数传感器、无线中继器、视频采集装置、语音装置；所述的无线便携多数据采集仪作为井下信息收集处理的基本单元，配接环境参数传感器和生命体征参数传感器组成前置采集群体，将采集的井下环境及救援人员生命体征信息通过所述的无线中继器和所述的无线接收器传输给地面部分的所述监控主机进行集中分析处理，以完成对井下环境及救援人员的安全监测；
其中，监控主机采用专用监测管理软件指挥并扫视通讯收集到的各种监测数据，并与预先置入内存的标准数值进行比较，提取其中越警的监测数据进行分析处理并通过报警器发出声音警报，还能按照用户的使用要求，自选时间间隔进行数据存储，定期生成数据库文件和日志文件；
井下部分的环境参数传感器和生命体征参数传感器将各种需要监测、监控的信号转化为电信号传递给无线便携多数据采集仪，由无线便携多数据采集仪完成信息采集功能；
所述的环境参数传感器采集井下的环境参数，包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度以及井内温度；
所述的生命体征参数传感器采集救援人员生命体征参数，包括：体表温度、心率、呼吸频率、速度、加速度以及身体姿态。
2.根据权利要求1所述的矿用无线混频多数据监控系统，其特征在于，所述的无线接收器和所述的无线中继器之间、以及无线中继器之间采用的传输方式包括802.11b无线局域网连接。
3.根据权利要求1或2所述的矿用无线混频多数据监控系统，其特征在于，所述的无线中继器与所述的无线便携多数据采集仪之间采用的传输方式是跳频技术FSHH连接。
4.根据权利要求1或2所述的矿用无线混频多数据监控系统，其特征在于，所述的无线便携多数据采集仪与所述的环境参数传感器之间采用的传输方式是RS485，所述的无线便携多数据采集仪与所述的生命体征参数传感器之间采用的传输方式是蓝牙。
5.根据权利要求1或2所述的矿用无线混频多数据监控系统，其特征在于，所述的视频采集装置与所述的无线中继器建立无线连接，视频采集装置实时采集井下的图像信息，通过无线中继传到地面部分，以监控井下真实的情况。
6.根据权利要求1或2所述的矿用无线混频多数据监控系统，其特征在于，所述的语音装置与所述的无线中继器建立无线连接，语音装置采用双工语音通信的方式和地面部分进行实时通话。
7.根据权利要求1或2所述的矿用无线混频多数据监控系统，其特征在于，地面与井下是通过所述的无线中继器与所述的无线接收器之间的无线通讯方式，完成地面部分与地下设备及人员的信息传输及命令发送。

矿用无线混频多数据监控系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及矿井监控的技术领域，尤其涉及一种矿用无线混频多数据监控系统。\n背景技术\n[0002] 当前我国的煤矿安全生产形式十分严峻。随着开采深度的不断延伸，各煤矿的煤层瓦斯含量呈上升趋势，部分低瓦斯矿井延伸至高瓦斯区，由此造成矿井高产高效与高瓦斯涌出量的矛盾越来越突出，瓦斯事故成为影响煤矿安全生产的主要事故。\n[0003] 在含有甲烷等爆炸性气体的矿井中，安全问题是重中之重，矿井中环境复杂多变，需要对多种环境进行检测，目前，矿井中的环境监测仪器多数只能单一的监测某一种环境参数，不能对多种环境参数进行监测，并通过线缆的方式传送数据，使得监测仪器的放置区域受到很大的限制，而且，这些监测仪器不能对救援人员的生命体征参数进行监测；给煤矿安全和生产管理及救援的工作造成潜在的危险性，不能对井下环境进行综合分析和科学判断，以确保煤矿救援工作的顺利进行。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种矿用无线混频多数据监控系统，用于含有甲烷等爆炸性气体的矿井，通过对井下关键生产场所环境参数，如甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度和井内温度，以及救援人员生命体征信息，如体表温度、心率、呼吸频率、速度、加速度以及身体姿态进行监测，以便对井下环境进行综合分析和科学判断，确保煤矿救援工作的顺利进行。\n[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：\n[0006] 一种矿用无线混频多数据监控系统，包括地面部分和井下部分；地面部分包括：\n监控主机、无线接收器、监视器和报警器；井下部分包括：无线便携多数据采集仪、环境参数传感器、生命体征参数传感器、无线中继器、视频采集装置、语音装置；所述的无线便携多数据采集仪作为井下信息收集处理的基本单元，配接环境参数传感器和生命体征参数传感器组成前置采集群体，将采集的井下环境及救援人员生命体征信息通过所述的无线中继器和所述的无线接收器传输给地面部分的所述监控主机进行集中分析处理，以完成对井下环境及救援人员的安全监测。\n[0007] 进一步，采用专用监测软件指挥并扫视着通讯收集到的各种监测数据，并与预先置入内存的标准数值进行比较，提取其中越警的监测数据进行分析处理，并通过报警器发出声音警报。\n[0008] 进一步，所述的无线接收器和所述的无线中继器之间、以及无线中继器之间采用的传输方式包括802.11b无线局域网连接。\n[0009] 进一步，所述的无线中继器与所述的无线便携多数据采集仪之间采用的传输方式是跳频技术FSHH连接。\n[0010] 进一步，所述的无线便携多数据采集仪与所述的环境参数传感器之间采用的传输方式是RS485，所述的无线便携多数据采集仪与所述的生命体征参数传感器之间采用的传输方式是蓝牙。\n[0011] 进一步，所述的环境参数传感器采集井下的环境参数，包括：甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度以及井内温度。\n[0012] 进一步，所述的生命体征参数传感器采集救援人员生命体征参数，包括：体表温度、心率、呼吸频率以及身体姿态。\n[0013] 进一步，所述的视频采集装置与所述的无线中继器建立无线连接，视频采集装置实时采集井下的图像信息，通过无线中继传到地面部分，以监控井下真实的情况。\n[0014] 进一步，所述的语音装置与所述的无线中继器建立无线连接，语音装置采用双工语音通信的方式和地面部分进行实时通话。\n[0015] 进一步，地面与井下是通过所述的无线中继器与所述的无线接收器之间的无线通讯方式，完成地面部分与地下设备及人员的信息传输及命令发送。\n[0016] 本发明公开的一种矿用无线混频多数据监控系统，简单易用，轻便易携带，可由救援人员携带至矿井下，短时间内迅速无线自组网，将井下的环境数据、图像信息、语音数据、救援人员生命体征数据传至地面指挥中心，实现实时对井下环境及人员的安全监测。\n附图说明\n[0017] 下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。\n[0018] 图1为本发明矿用无线混频多数据监控系统原理框图；\n[0019] 图2为本发明矿用无线混频多数据监控系统工作示意图。\n具体实施方式\n[0020] 图1为本发明矿用无线混频多数据监控系统原理框图。如图1所示，该装置由两部分组成，地面部分和井下部分，井下部分包括信号检测采集部分和无线中继装置，地面部分包括无线接收装置和信号处理设备，其中，信号检测采集部分可以被救援人员随身携带到井下，包括前置数据采集装置、视频采集装置和语音装置；信号处理设备包括监控主机、监视器和报警器。无线中继装置和无线接收装置实现对整个矿井区的信号全覆盖。信号检测采集部分对参数进行检测、采集、转换，转换后的信号通过无线中继装置和无线接收装置传输到信号处理设备，信号处理设备对接收到的信号分析处理后，完成地面部分与地下设备及人员的信息传输及命令发送。\n[0021] 图2为本发明矿用无线混频多数据监控系统工作示意图，如图2所示：\n[0022] 矿用无线混频多数据监控系统包括：地面部分和井下部分；\n[0023] 地面部分，由监控主机、无线接收器、打印机、监视器和报警器组成。\n[0024] 井下部分，由无线便携多数据采集仪、环境参数传感器、生命体征参数传感器、无线中继器、视频采集装置和语音装置组成。\n[0025] 井下部分的无线便携多数据采集仪作为井下信息收集处理的基本单元，它配接环境参数传感器和生命体征参数传感器组成前置采集装置，将采集的信息通过无线中继器、无线接收器传输给地面部分进行集中处理，共同完成对井下环境及救援人员的安全监测。\n[0026] 井下部分的环境参数传感器和生命体征参数传感器将各种需要监测、监控的信号转化为电信号传递给无线数据采集仪，由数据采集仪完成信息采集功能，其中，环境参数传感器采集井下的环境参数，如，甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度以及井内温度；生命体征参数传感器采集救援人员生命体征参数，如，体表温度、心率、呼吸频率、速度、加速度以及身体姿态；视频采集装置、语音装置与无线中继器建立无线连接，视频采集装置实时采集井下的图像信息，语音装置采用双工语音通信的方式和地面进行实时通话。\n[0027] 地面部分是整个监控系统的信息处理中心，监控主机包含专用监测管理软件，其专用监测管理软件指挥并扫视通讯收集到的各种监测数据，并与预先置入内存的标准数值进行比较，提取其中越警的监测数据进行分析处理并通过报警器发出声音警报；软件可以按照用户的使用要求，自选时间间隔进行数据存储，定期生成数据库文件和一些日志文件；\n通过监视器、打印机等外部设备输出完整、精确的监测结果。\n[0028] 地面与井下是通过无线中继器与无线接收器之间的无线通讯方式，完成地面部分与地下设备及人员的信息传输及命令发送。\n[0029] 其中，无线接收器和无线中继器之间以及中继器之间采用的传输方式是802.11b无线局域网连接，中继器与采集仪之间采用的传输方式是跳频FSHH连接，采集仪与环境参数传感器之间采用的传输方式是RS-485通讯方式，采集仪与生命体征参数传感器之间采用的传输方式是蓝牙。\n[0030] 其中，FHSS，跳频技术(Frequency-Hopping Spread Spectrum)在同步、且同时的情况下，接受两端以特定型式的窄频载波来传送讯号，对于一个非特定的接受器，FHSS所产生的跳动讯号对它而言，只算是脉冲噪声。FHSS所展开的讯号可依特别设计来规避噪声或One-to-Many的非重复的频道，并且这些跳频讯号必须遵守FCC（美国联邦通讯委员会）的要求，使用75个以上的跳频讯号、且跳频至下一个频率的最大时间间隔(Dwell Time)为\n400ms。\n[0031] 跳频(frequency hopping)是一种利用载波跳变实现频谱展宽的扩频技术，其方法是把一个宽频段分成若干个频率间隔（称为频道，或频隙），由一个伪随机序列控制发射机在某一特定的驻留时间所发送信号的载波频率。\n[0032] 当接收机的本地振荡信号频率与接收机输入信号的频率按同一规律同步跳变，那么，经过变频以后，将得到一个固定的中频信号即把原来的频率跳变解除，这一过程称解跳或去跳。\n[0033] 跳频可分为慢跳频和快跳频。慢跳频是指跳频速率低于信息比特率，即每跳可传输连续几个信息比特。快跳频是指跳频速率高于信息比特率，即一个信息比特需要多跳来传输。跳频还可分为单通道跳频和双通道跳频。\n[0034] 跳频通信原理：发送端在时钟控制下，伪码发生器产生伪随机序列去控制频率合成至生成跳频载波系列，称做跳频图案。接收端的预调制滤波器是一种中心频率随信号跳频式样而同步跳变的窄带滤波器（通频带允许所需信号通过），目的在于增加接收机的时间选择性，减少强干扰对接收机可能引起的阻塞现象。\n[0035] 接收的跳频载波序列若与本地产生的跳频序列图案一致，则经混频后可得到一个固定的中频信号，再经解调获得输出。若外来跳频图案与本地图案不一致，则得不到一个固定的中频信号，解调后只是一些噪声而得不到有用的输出。因此时间同步是跳频通信的关键技术。\n[0036] 调制方式可根据跳频信号的特征进行选择。在跳频系统中不宜采用对相位要求严格的调制方式。因为在跳频通信系统中，接收机的本地载波要做到与外来信号的载波在相位上保持相干是很困难的。因此，宜用非相干检测方式。频率合成器是跳频通信系统的重要组成部分。频率合成器的性能将制约跳频速率。对频率合成器的要求是跳频速率快、杂散电平低和功耗小。频率合成器进行频率跳变时，一般有2个阶段：一个是过渡期（暂态时间），一个是滞留期（稳态时间）。要求过渡期尽量的要短，以实现高速转换。\n[0037] 本实施例的具体可考核指标：\n[0038] 监测主机\n[0039] 1）便携式电脑，额定工作电压AC220V，电源波动范围-10%～+10%[0040] 2）CPU：Intel奔腾Ⅳ处理器，主频2.0GHz以上\n[0041] 3）内存：512Mb\n[0042] 4）硬盘：80G以上（双硬盘）\n[0043] 5）显卡：标准VGA，16位真彩色\n[0044] 6）显示器分辨率：1024*768\n[0045] 无线接收器\n[0046] 1）防爆型式：矿用本质安全型；\n[0047] 2）防爆标志：[Exib]Ⅰ；\n[0048] 3）额定工作电压DC12V，电源波动范围±10%，单体电池连续工作时间2小时以上；\n[0049] 4)与计算机通讯：\n[0050] a)传输方式：以太网接口，RJ45\n[0051] b)最大传输距离为50m\n[0052] c)最大传输速率：100Mbps\n[0053] 5)与矿用无线中继器KJ30-ZW通讯\n[0054] a)传输方式：802.11b\n[0055] b)最大传输距离为500m\n[0056] c)最大传输速率：54Mbps\n[0057] 矿用无线中继器\n[0058] 最大中继器级数：12级\n[0059] 1）防爆型式：矿用本质安全型；\n[0060] 2）防爆标志：ExibⅠ；\n[0061] 3）额定工作电压DC12V，电源波动范围±10%，单体电池连续工作时间2小时以上；\n[0062] 4）中继器与中继器，接收器之间的\n[0063] a)传输方式：802.11b\n[0064] b)最大传输速率：54Mbps；\n[0065] c)最大传输距离：500m；\n[0066] 5）中继器与采集仪之间的传输方式\n[0067] a)传输方式：FHSS\n[0068] b)最大传输速率：800Kbps；\n[0069] c)最大传输距离：5000m；\n[0070] 无线便携多数据采集仪\n[0071] 系统接入的采集仪数量为16台\n[0072] 1）防爆型式：矿用本质安全型；\n[0073] 2）防爆标志：ExibⅠ；\n[0074] 3）额定工作电压DC12V，电源波动范围±10%，单体电池连续工作时间2小时以上；\n[0075] 4）采集仪与中继器之间\n[0076] a)传输方式：FHSS\n[0077] b)最大传输速率：800Kbps；\n[0078] c)最大传输距离：5000m；\n[0079] 5）采集仪与环境参数传感器\n[0080] a)传输方式：RS485\n[0081] b)最大传输速率：57.6Kbps；\n[0082] c)最大传输距离：10m；\n[0083] 6）采集仪与生命体征参数传感器\n[0084] a)传输方式：蓝牙\n[0085] b)最大传输速率：1Mbps；\n[0086] c)最大传输距离：3m；\n[0087] 本发明公开的一种矿用无线混频多数据监控系统，包括地面部分和井下部分；其特征在于，地面部分包括：监控主机、无线接收器、监视器和报警器；井下部分包括：无线便携多数据采集仪、环境参数传感器、生命体征参数传感器、无线中继器、视频采集装置、语音装置；所述的无线便携多数据采集仪作为井下信息收集处理的基本单元，配接环境参数传感器和生命体征参数传感器组成前置采集群体，将采集的井下环境及救援人员生命体征信息通过所述的无线中继器和所述的无线接收器传输给地面部分的所述监控主机进行集中分析处理，以完成对井下环境及救援人员的安全监测。该系统简单易用，轻便易携带，可由救援人员携带至矿井下，短时间内迅速无线自组网，将井下的环境数据，图像信息，救援人员生命体征数据传至地面指挥中心，实现实时对井下环境及人员的安全监测。\n[0088] 应该注意，虽然以上是参考具体实施方式对本发明进行说明的，但这并不意味是对本发明的限制，本发明的保护范围是由所附权利要求而不是具体实施方式来限定的。