基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统

1.一种基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统，包括传感器(1)、定位器(2)和监控中心，传感器(1)设置于井下监测点；其特征在于：所述监控中心包括服务器(3)和与服务器输出端连接的显示终端(4)；所述服务器(3)与服务器无线传输模块(31)连接，传感器(1)与传感器无线传输模块(11)连接，定位器(2)与定位器无线传输模块(21)连接，服务器无线传输模块(31)、传感器无线传输模块(11)和定位器无线传输模块(21)之间通过ZigBee网络协议连接成无线数据传输网络。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统，其特征在于：所述定位器无线传输模块(21)还连接有声光报警装置(5)，声光报警装置(5)通过ZigBee网络协议与服务器(3)连接。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统，其特征在于：所述传感器(1)包括微震传感器、温度传感器、瓦斯传感器或/和粉尘传感器。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统，其特征在于：在井下间隔设置有内置ZigBee无线传输模块的路由器(6)。

基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种井下安全监测系统，特别涉及一种基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统。\n背景技术\n[0002] ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其通讯距离从标准的75米到几百米、几公里，并且支持无限扩展。理论上，ZigBee是一个由可多到65000个无线传输模块组成的一个无线传输网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络传输模块之间可以相互通信。ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。具体而言，ZigBee网络有如下几点优势：\n[0003] 1)低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较下蓝牙只能工作数周；WiFi只可工作数小时。\n[0004] 2)低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10)，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且Zigbee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。\n[0005] 3)低速率。Zigbee工作在20～250kbps的较低速率，分别提供250kbps(2.4GHz)、\n40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。\n[0006] 4)短时延。Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较下，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。\n[0007] 5)高容量。Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。\n[0008] 6)高安全。Zigbee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。\n[0009] 7)免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(ISM)频段，2.4GHz(全球)、\n915MHz(美国)和868MHz(欧洲)。\n[0010] 每个Zigbee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料，因此当一个网络节点发生故障不会影响整个网络的正常通信。\n[0011] 现有的煤矿井下安全检测系统一般是有线传输的方式，但这种方式布线复杂，成本高，一旦传输线缆损坏，则整个监控系统无法正常工作。也有采用无线传输的方式，一般是基于GPRS无线传输技术，但这种方式成本高昂，巷道复杂的环境需要大量的基站，维护难度高。\n[0012] 因此，需要一种稳定性好、低成本、低功耗的无线井下安全监测系统，可利用ZigBee网络协议进行数据传输。\n实用新型内容\n[0013] 有鉴于此，本实用新型提供一种一种稳定性好、低成本、低功耗的无线井下安全监测系统，可利用ZigBee网络协议进行数据传输。\n[0014] 本实用新型的基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统，包括传感器、定位器和监控中心，传感器设置于井下监测点；所述监控中心包括服务器和与服务器输出端连接的显示终端；所述服务器与服务器无线传输模块连接，传感器与传感器无线传输模块连接，定位器与定位器无线传输模块连接，服务器无线传输模块、传感器无线传输模块和定位器无线传输模块之间通过ZigBee网络协议连接成无线数据传输网络。\n[0015] 进一步，所述定位器无线传输模块还连接有声光报警装置，声光报警装置通过ZigBee网络协议与服务器连接；\n[0016] 进一步，所述传感器包括微震传感器、温度传感器、瓦斯传感器或/和粉尘传感器；\n[0017] 进一步，在井下每隔一段距离还设置有内置ZigBee无线传输模块(6)的路由器。\n[0018] 本实用新型的有益效果是：各传感器、定位器与服务器之间通过ZigBee网络协议连通，能够对井下工作环境的瓦斯含量、温度等安全指标进行实时监测，并实时掌握作业人员的工作位置，可对意外进行预警，当发生意外时可以迅速的对受困工作人员实施救援，当个别无线传输模块发生故障时，不影响整个系统的正常运行，而且这种系统成本低廉、功耗小，普通直流电源即可为无线传输模块提供长时间供电。\n附图说明\n[0019] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。\n[0020] 附图为本实用新型的系统架构示意图。\n具体实施方式\n[0021] 附图为本实用新型的系统架构示意图，如图所示：本实施例的基于ZigBee技术的煤矿井下安全监测系统，包括设置于井下各监测点的传感器1、设置于井下作业人员或行走机器人身上的定位器2和设置于井上的监控中心；监控中心包括服务器3和与服务器输出端连接的显示终端4；所述服务器3与服务器无线传输模块31连接，传感器1与传感器无线传输模块11连接，定位器2与定位器无线传输模块21连接；井下多个监测点设置有传感器以及多名在井下移动的作业人员，这就使得多个无线传输模块可以互相进行数据传输，通过ZigBee网络协议连接成无线数据传输网络，并且使得离服务器最远的监测点或作业人员都能被服务器监控到，传感器和定位器的信号经服务器进行处理，控制人员可从显示终端对井下各个监测点的监测数据和作业人员的位置进行实时监控，尤其是对作业人员所在位置的安全情况进行评估。\n[0022] 作为本实施例的进一步改进，所述定位器无线传输模块21还连接有声光报警装置5，声光报警装置5通过ZigBee网络协议与服务器3连接；控制人员根据传感器反馈的信号发现作业人员所处区域存在安全隐患的时候，便通过Zigbee网络将报警信号传输至定位器无线传输模块21，定位器无线传输模块21将报警信号启动声光报警装置发出声光报警，提醒作业人员及时撤出。\n[0023] 作为本实施例的进一步改进，所述传感器1包括微震传感器、温度传感器、瓦斯传感器或/和粉尘传感器，利用这些传感器1对井下顶板的稳固度、井下温度、瓦斯浓度和粉尘浓度进行数据收集，以便传回给服务器3分析处理。\n[0024] 作为本实施例的进一步改进，在井下每隔一段距离还间隔设置有内置ZigBee无线传输模块的路由器6，井下监测点设置过少的话，作业人员又特别集中，有可能造成两个无线传输模块之间超过最低传输距离，中断传输，在井下定点设置路由器6，可以保证井下各个位置的无线传输模块都能与服务器取得联系，保证数据信号传输畅通。\n[0025] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。