專利名稱：基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端，屬于礦井 井下定位與監(jiān)控領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
建立煤礦井下完善的監(jiān)控體系和精確的人員定位系統(tǒng)是目前貫徹以“預(yù)防為主” 的安全生產(chǎn)理念的前提條件。在井下要建立完善有效的監(jiān)控體系，必須充分利用井下的移 動載體資源。其中井下工作人員使用的礦燈是最好的資源。因為工作人員本身是井下分布 式的智能移動載體；同時每天礦燈都必須到地面充電，利用這個有利條件，可以通過自動標(biāo) 定方式解決低成本傳感器的測量精度問題。井下監(jiān)控的傳感器數(shù)據(jù)本身要發(fā)送到地面工作 站，因此可以利用通過無線發(fā)送的傳感器數(shù)據(jù)進行井下工作人員的定位，為出現(xiàn)緊急事故 時，提供救援的依據(jù)。目前一些專利涉及了這方面的研究。專利CN201408358Y提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井監(jiān)控設(shè)備。但是該設(shè) 備在實際中無法應(yīng)用(1)沒有解決傳感器的標(biāo)定，因此容易經(jīng)常導(dǎo)致誤報；(2)沒有有效 的定位方案。專利CN101621431A煤礦井下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備。提出了基于無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的人員定位和環(huán)境監(jiān)測的硬件平臺。但該設(shè)備沒有解決有效的利用礦井現(xiàn)有條件組網(wǎng) 問題，因為無線信號在井下干擾大，有時無法發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致礦井監(jiān)控不利。關(guān)鍵的傳感器 固定節(jié)點應(yīng)該采用有線通訊方式。同時該設(shè)備沒有解決基于融合方法的定位問題。專利CN201007797Y —種煤礦井下人員定位與瓦斯?jié)舛葎討B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。與專利 CN201408358Y—樣，(1)沒有解決傳感器的標(biāo)定，因此容易經(jīng)常導(dǎo)致誤報；(2)沒有有效的 定位方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種基于移動載體的礦井井下 無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端，能利用無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端的無線網(wǎng)絡(luò)，采用自 動標(biāo)定方法，無需人工干預(yù)，解決氣體傳感器的精度問題，使低成本的催化燃燒氣體傳感器 能大規(guī)模用于礦井監(jiān)控。將監(jiān)控、定位、照明、警報、燈光信號通訊有效結(jié)合，集成在一起，成 為井下工作人員隨身攜帶的設(shè)備。通過連續(xù)LED變色技術(shù)，實現(xiàn)LED燈光的高分辨率顯示， 顯示的顏色達到1670萬種，用于光通訊，形成不同的報警信號、不同的井下工作人員分類。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終 端，其特征在于包括核心處理器、分別與核心處理器相連的ZigBee無線模塊、催化燃燒氣 體傳感器、LED驅(qū)動模塊、LED燈控制開關(guān)、電源，所述ZigBee無線模塊、催化燃燒氣體傳感 器、LED驅(qū)動模塊還分別與電源相連。所述電源由電源轉(zhuǎn)換模塊、鋰電池組成，所述鋰電池與電源轉(zhuǎn)換模塊相連，所述電 源轉(zhuǎn)換模塊分別與ZigBee無線模塊、催化燃燒氣體傳感器、LED驅(qū)動模塊相連。
所述LED驅(qū)動模塊包括兩路驅(qū)動，一路為驅(qū)動用于照明的大功率白光LED，另一路 為驅(qū)動用于光通訊的小功率變色LED。所述用于光通訊的LED通過連續(xù)LED變色技術(shù)實現(xiàn)，即將每個LED的紅、綠、藍分 成256個等級，形成256 X 256 X 256 = 1670萬種顏色，組成報警信號和分類，其中紅、綠、藍 的等級劃分是通過調(diào)節(jié)PWM的占空比完成。本發(fā)明中的基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端，放置在井下 工作人員的礦燈中，實現(xiàn)監(jiān)控、定位、照明、警報、燈光信號通訊有效結(jié)合。本發(fā)明主要由硬 件和軟件組成。硬件包括核心處理器、ZigBee無線模塊、LED驅(qū)動模塊、催化燃燒氣體傳感 器、LED燈控制開關(guān)、電源轉(zhuǎn)換模塊、鋰電池組成。軟件主要包含對傳感器信號的處理、LED 燈的驅(qū)動和控制、無線信號的接收和發(fā)送、催化燃燒氣體傳感器的自動標(biāo)定。移動載體發(fā)送 的傳感器數(shù)據(jù)本身就是定位的無線信號。在基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端中，ZigBee無線模塊、 智能LED驅(qū)動模塊、催化燃燒氣體傳感器、LED燈控制開關(guān)的控制是通過核心處理器來實現(xiàn) 的。ZigBee無線模塊收到無線數(shù)據(jù)時，能觸發(fā)核心處理器軟件中的中斷，接收到的無 線數(shù)據(jù)的分析是在無線接收中斷中進行的。核心處理器設(shè)定定時器中斷，采集AD 口的值，作為環(huán)境氣體含量信息，然后打包 通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給無線基站。LED驅(qū)動模塊包括兩路驅(qū)動，一路是驅(qū)動大功率白光LED，用于主照明。另一路LED 主要用于光通訊，如警報顯示、井下工作人員區(qū)分。用于光通訊的LED由四顆全色的LED組 成。每個LED通過控制它的紅(R)、綠(G)、藍⑶來實現(xiàn)，紅(R)、綠(G)、藍⑶分別分成 256個等級，因此能形成256X256X256 = 1670萬種顏色。通過選擇其中對人敏感的256 中顏色，來作為報警和區(qū)分信息的標(biāo)志。低成本的催化燃燒氣體傳感器采集井下工作人員經(jīng)過巷道環(huán)境的氣體信息，通過 放大，輸入到核心處理器的AD 口。AD 口的采集是在核心處理器的定時中斷中進行的。本發(fā)明的電源部分主要包括電源轉(zhuǎn)換模塊和鋰電池，由于核心處理器和其它模塊 的電壓不同、同時鋰電池的電壓不穩(wěn)定，因此使用電源轉(zhuǎn)換模塊。電源轉(zhuǎn)換模塊能在鋰電池 的波動電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定出不同的電壓3. 3V、5V等。在核心處理器中，也運行著自動標(biāo)定程序。當(dāng)無線信號收到無線標(biāo)定的指令時，該 程序采集智能終端催化燃燒氣體傳感器的數(shù)據(jù)與標(biāo)定模塊的值進行對比，調(diào)整催化燃燒氣 體傳感器的參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是(1)采用低成本的催化燃燒傳感器用于礦井的監(jiān)控，催化 燃燒傳感器最大的問題是頻繁的標(biāo)定，本發(fā)明利用無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端的無線網(wǎng) 絡(luò)，采用自動標(biāo)定方法，無需人工干預(yù)，解決了氣體傳感器的精度問題。使低成本的催化燃 燒氣體傳感器能大規(guī)模用于礦井監(jiān)控。(2)在該智能終端中，監(jiān)控、定位、照明、警報、燈光 信號通訊有效結(jié)合，集成在一起，成為井下工作人員隨身攜帶的設(shè)備。監(jiān)控中傳感器信號通 過無線信號發(fā)送給無線基站，無線基站收到的傳感器數(shù)據(jù)本身就作為定位的無線信號。(3) 通過連續(xù)LED變色技術(shù)，實現(xiàn)LED燈光的高分辨率顯示，顯示的顏色達到1670萬種，可用于 光通訊。能形成不同的報警信號、不同的井下工作人員分類。(4)由于智能終端是井下工作
4人員井下作業(yè)必備的設(shè)備，因此建立在移動載體上的無線監(jiān)控和定位是覆蓋全礦區(qū)的分布 式、移動式的智能監(jiān)控與定位體系。


圖1是本發(fā)明智能終端的模塊結(jié)構(gòu)示意框圖；
圖2是本發(fā)明LED的控制圖；圖3本發(fā)明智能終端軟件流程圖；圖4是地面移動載體傳感器自動標(biāo)定系統(tǒng)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作出進一步的詳細說明，以使本專業(yè)的技 術(shù)人員在閱讀后，能夠進一步地掌握和理解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)圖1，本發(fā)明基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端利用井 下移動載體攜帶的設(shè)備，形成分布式移動智能監(jiān)控與定位網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明采用井下工作人員 攜帶的礦燈，將礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端設(shè)置在礦燈中。在煤礦井下，井下攜 帶礦燈的工作人員就形成了一個分布式的測量網(wǎng)絡(luò)。在圖1中，鋰電池提供所有模塊的電源，但是由于電池電壓波動以及電池電壓隨 電量降低而降低，因此通過電源轉(zhuǎn)換模塊先將電壓轉(zhuǎn)換為各種穩(wěn)定的電壓3.3V，5V等。電 源轉(zhuǎn)換模塊根據(jù)不同的模塊電壓要求，提供不同的電源給各種模塊。供3. 3V給ZigBee無 線模塊和核心處理器，供5V給催化燃燒氣體傳感器、LED驅(qū)動模塊。催化燃燒氣體傳感器采集移動載體經(jīng)過區(qū)域的氣體含量。由于傳感器的信號微 弱，需要通過放大處理，然后轉(zhuǎn)化為核心處理器能采集的電壓信號。根據(jù)圖2，本發(fā)明LED驅(qū)動模塊包括兩路驅(qū)動，一路是驅(qū)動大功率白光LED，用于主 照明。另一路驅(qū)動小功率變色LED，主要用于光通訊，如警報顯示、井下工作人員區(qū)分。用于 光通訊的LED由四顆全色的LED組成。每個LED通過控制它的紅(R)、綠(G)、藍(B)來實 現(xiàn)，紅(R)、綠(G)、藍(B)分別分成256個等級，因此能形成256X256X256 = 1670萬種顏 色。通過選擇其中對人敏感的256中顏色，來作為報警和區(qū)分信息的標(biāo)志。紅(R)、綠(G)、 藍⑶的256種顏色是通過3路PWM來實現(xiàn)的，將PWM的占空比分成256個等級，不同的 PWM占空比，紅(R)、綠(G)、藍⑶有不同的等級。核心處理器是智能軟件的運行硬件平臺，運行嵌入式軟件。圖3為嵌入式軟件的 結(jié)構(gòu)圖。嵌入式軟件的工作流程是首先初始化，進入主程序，在主程序中，先設(shè)定兩個中 斷，一個是無線接收數(shù)據(jù)中斷，另一個是定時中斷。然后建立循環(huán)，在循環(huán)中，主要完成對按 鍵的檢測，不同的按鍵實現(xiàn)不同的LED燈光調(diào)節(jié)。在無線中斷中，首先對收到的數(shù)據(jù)進行分 析，不同的數(shù)據(jù)，執(zhí)行不同的子程序。當(dāng)數(shù)據(jù)是來自地面指揮中心的警報指令時，改變用于 光通訊的小功率全色LED的顏色和顯示。當(dāng)數(shù)據(jù)是來自自動標(biāo)定傳感器的數(shù)據(jù)，此時修正 移動載體上的傳感器的參數(shù)，以便傳感器能準確測定礦井巷道的氣體參數(shù)。定時中斷主要 完成催化燃燒氣體傳感器的采集，并將采集的催化燃燒氣體傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給無線基站， 同時也是作為定位的信號。智能終端的氣體傳感器是采用低成本的催化燃燒氣體傳感器，因此要確保其精度，需要經(jīng)常標(biāo)定傳感器的參數(shù)。本發(fā)明采用自動標(biāo)定方法。圖4表示地面?zhèn)鞲衅髯詣訕?biāo) 定系統(tǒng)與本發(fā)明智能終端的無線通訊連接示意圖。當(dāng)智能終端從礦井到地面進行充電時， 地面無線模塊通過ZigBee無線模塊將高質(zhì)量經(jīng)過標(biāo)定的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給智能終端，智 能終端接收到信號，此時將智能終端傳感器采集的信號與接收的信號進行對比，修正催化 燃燒氣體傳感器的參數(shù)。
權(quán)利要求
一種基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端，其特征在于包括核心處理器、分別與核心處理器相連的ZigBee無線模塊、催化燃燒氣體傳感器、LED驅(qū)動模塊、LED燈控制開關(guān)、電源，所述ZigBee無線模塊、催化燃燒氣體傳感器、LED驅(qū)動模塊還分別與電源相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端，其 特征在于所述電源由電源轉(zhuǎn)換模塊、鋰電池組成，所述鋰電池與電源轉(zhuǎn)換模塊相連，所述 電源轉(zhuǎn)換模塊分別與ZigBee無線模塊、催化燃燒氣體傳感器、LED驅(qū)動模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端，其 特征在于所述LED驅(qū)動模塊包括兩路驅(qū)動，一路為驅(qū)動用于照明的大功率白光LED，另一 路為驅(qū)動用于光通訊的小功率變色LED。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端，其 特征在于所述用于光通訊的LED通過連續(xù)LED變色技術(shù)實現(xiàn)，即將每個LED的紅、綠、藍分 成256個等級，形成256X 256X 256共1670萬種顏色，組成報警信號和分類，其中紅、綠、藍 的等級劃分是通過調(diào)節(jié)PWM的占空比完成。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于移動載體的礦井井下無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端。它包括核心處理器、分別與核心處理器相連的ZigBee無線模塊、催化燃燒氣體傳感器、LED驅(qū)動模塊、LED燈控制開關(guān)、電源，所述ZigBee無線模塊、催化燃燒氣體傳感器、LED驅(qū)動模塊還分別與電源相連。本發(fā)明的優(yōu)點是利用無線監(jiān)控與定位系統(tǒng)智能終端的無線網(wǎng)絡(luò)，采用自動標(biāo)定方法，無需人工干預(yù)，解決氣體傳感器的精度問題，使低成本的催化燃燒氣體傳感器能大規(guī)模用于礦井監(jiān)控。將監(jiān)控、定位、照明、警報、燈光信號通訊有效結(jié)合，集成在一起，成為井下工作人員隨身攜帶的設(shè)備。通過連續(xù)LED變色技術(shù)，實現(xiàn)LED燈光的高分辨率顯示，用于光通訊，形成不同的報警信號、不同的井下工作人員分類。
文檔編號E21F17/18GK101930229SQ201010237449
公開日2010年12月29日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者周勇, 楊伯群, 王宣, 蔣金鵬, 邱平平, 陳琳 申請人:上海中為智能機器人有限公司