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煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:淺議煤礦瓦斯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

摘要：眾所周知能源工業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，然而我國(guó)煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)形勢(shì)卻不容樂(lè)觀，尤其是重、特大傷亡事故頻繁發(fā)生。在這些事故中，瓦斯爆炸又占絕大多數(shù)。其中有很多誘發(fā)因素，但各煤礦生產(chǎn)企業(yè)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不完備、管理手段落后是造成事故頻發(fā)的重要原因之一。本文主要介紹了瓦斯防治導(dǎo)航監(jiān)控管理主要內(nèi)容及瓦斯安全監(jiān)控設(shè)備安裝時(shí)的要求及技術(shù)管理，最后展望了煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：煤礦；瓦斯；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、引言

我們都知道瓦斯災(zāi)害是煤礦生產(chǎn)中的主要災(zāi)害之一，一方面為了滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)煤炭能源的強(qiáng)勁需求，國(guó)內(nèi)煤礦開(kāi)采強(qiáng)度普遍增大；隨著開(kāi)采深度向深部延深，多數(shù)礦井由原來(lái)的低瓦斯礦井轉(zhuǎn)變?yōu)楦咄咚够蛲咚雇怀龅V井，這是近年來(lái)我國(guó)煤礦瓦斯事故多發(fā)的客觀原因之一；另一方面國(guó)內(nèi)幾起重大瓦斯事故的原因分析表明，瓦斯防治管理方面存在的缺陷也是導(dǎo)致瓦斯事故頻繁發(fā)生的重要原因。因此瓦斯治理就成為煤礦安全生產(chǎn)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。那么如何運(yùn)用信息技術(shù)改善瓦斯防治管理手段、提升瓦斯管理水平，已經(jīng)成為我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的迫切需求。

2、瓦斯防治導(dǎo)航監(jiān)測(cè)管理主要內(nèi)容

什么是煤礦瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)呢？所謂煤礦瓦斯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 是指利用信息管理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)對(duì)礦井甲烷濃度、一氧化碳濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度、饋電狀態(tài)、風(fēng)門(mén)狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停、主要通風(fēng)機(jī)開(kāi)停等實(shí)施遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，并實(shí)現(xiàn)甲烷超限聲光報(bào)警、斷電和甲烷風(fēng)電閉鎖控制等功能的系統(tǒng)。

目前,我國(guó)煤礦多數(shù)礦井都裝備了瓦斯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，煤礦安全綜合信息化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)管理應(yīng)用系統(tǒng)等到了快速發(fā)展。人們就可以通過(guò)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)分析判斷、提醒和報(bào)警實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)礦井瓦斯防治導(dǎo)航的技術(shù)，來(lái)確保煤礦系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 瓦斯防治導(dǎo)航監(jiān)控管理主要有以下內(nèi)容：

（一）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控管理內(nèi)容

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以采掘工程平面圖為基準(zhǔn)，新建添加各種監(jiān)控傳感器及必備的監(jiān)控內(nèi)容，設(shè)計(jì)有傳感器說(shuō)明牌、傳感器監(jiān)測(cè)表，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性、定量分析、評(píng)價(jià)的監(jiān)測(cè)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)傳感器的定位管理，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)控區(qū)域的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警，判斷更直接、快速。

（二）通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)施監(jiān)控管理內(nèi)容

通風(fēng)系統(tǒng)以采掘工程平面圖為基準(zhǔn)，新建添加各種通風(fēng)設(shè)施，設(shè)計(jì)有設(shè)施說(shuō)明牌、設(shè)施監(jiān)測(cè)表，對(duì)通風(fēng)設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性、定量分析、評(píng)價(jià)的監(jiān)測(cè)表，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)施管理的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警，根據(jù)授權(quán)進(jìn)行簽名評(píng)價(jià)、消警、處理，消除安全隱患及導(dǎo)航系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)。

（三）采掘生產(chǎn)系統(tǒng)主要監(jiān)控管理內(nèi)容

在數(shù)字化的采掘工程平面圖上對(duì)采煤工作面和掘進(jìn)工作面的適時(shí)位置進(jìn)行活化處理，根據(jù)其推進(jìn)度按時(shí)更新，系統(tǒng)將根據(jù)其更新的適時(shí)位置線(xiàn)對(duì)推進(jìn)前方影響區(qū)域內(nèi)瓦斯情況進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警。

（四）瓦斯地質(zhì)信息監(jiān)控管理內(nèi)容

瓦斯地質(zhì)以采掘工程平面圖為基準(zhǔn)，劃出高瓦斯區(qū)、高瓦斯帶、突出威脅區(qū)、突出危險(xiǎn)區(qū)，隨采掘工作面推進(jìn)按監(jiān)測(cè)表要求，隨時(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警。

3、瓦斯安全監(jiān)控設(shè)備安裝時(shí)的要求及技術(shù)管理

煤礦企業(yè)在對(duì)瓦斯安全監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝時(shí)必須符合以下要求：

①瓦斯監(jiān)控裝備必須具有煤安標(biāo)志，設(shè)備下井前必須經(jīng)過(guò)調(diào)試、校正，檢查合格后方可使用。對(duì)于沒(méi)有煤安標(biāo)志和合格證明的設(shè)備一律不準(zhǔn)下井和安裝使用。

②監(jiān)控設(shè)備必須按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的取值也必須符合設(shè)計(jì)要求。

③監(jiān)控設(shè)備的供電電源必須取自被控開(kāi)關(guān)的電源側(cè)，嚴(yán)禁接在被控開(kāi)關(guān)的負(fù)荷側(cè)。

④電纜要求：本質(zhì)安全型監(jiān)控裝備其輸出本質(zhì)安全型部分可不按防爆要求管理，但其關(guān)聯(lián)設(shè)備仍要按防爆要求管理。

⑤井下主機(jī)或分站應(yīng)安設(shè)在支護(hù)良好、無(wú)滴水、無(wú)雜物的進(jìn)風(fēng)巷道或峒室內(nèi)，且距巷道的底板距離不得小于300mm。

⑥傳感器必須垂直懸掛。

⑦設(shè)備安裝完畢經(jīng)過(guò)調(diào)校，測(cè)試合格，由瓦檢員、安裝人員、施工單位共同在安裝申請(qǐng)單上簽字，然后移交給施工單位使用和保管。

加強(qiáng)瓦斯監(jiān)控設(shè)備的技術(shù)管理

①礦井技術(shù)人員要充分利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)的監(jiān)測(cè)資料，定期組織分析，查找瓦斯超限或設(shè)備故障的原因，制定針對(duì)性的措施，以確保安全生產(chǎn)。

②加強(qiáng)技術(shù)資料管理。技術(shù)人員要經(jīng)常收集整理各種瓦斯監(jiān)控技術(shù)資料，并分門(mén)別類(lèi)進(jìn)行建檔。

③配齊瓦斯監(jiān)控人員，強(qiáng)化培訓(xùn)、提高素質(zhì)、確保瓦斯監(jiān)控工作的正常開(kāi)展。安裝、維修及監(jiān)控室值室人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)并經(jīng)考試合格后掛證上崗，不合格的不得上崗。

4、煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

①智能化自檢功能

系統(tǒng)故障自檢功能向智能化發(fā)展，具有對(duì)故障的智能分析、判斷功能，改變系統(tǒng)自檢功能單一、簡(jiǎn)單的情況，做到系統(tǒng)常見(jiàn)的軟件和硬件故障都能通過(guò)門(mén)檢功能進(jìn)行判斷， 從而縮短故障處理時(shí)間，更好地保障礦井安全生產(chǎn)。

②規(guī)范通信協(xié)議

通信協(xié)議不規(guī)范的后果是造成設(shè)備購(gòu)置重復(fù)， 不能隨意進(jìn)行軟硬化升級(jí)的改造。制定統(tǒng)一的專(zhuān)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)促進(jìn)礦撲監(jiān)控技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)的推廣應(yīng)用具有十分重要的意義。

③實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息網(wǎng)絡(luò)化

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化管理的需要， 監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息被網(wǎng)絡(luò)共享，系統(tǒng)應(yīng)用軟件按統(tǒng)一的格式向外提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每一臺(tái)在網(wǎng)遠(yuǎn)程終端都可以共享監(jiān)控信息， 為決策和管理層提供決策依據(jù)。

④傳感器技術(shù)得到改善，將開(kāi)發(fā)出高品質(zhì)的傳感器

未來(lái)的高性能傳感器的壽命、抗高濃沖擊性能、抗中毒性能將會(huì)得到改善。

5、結(jié)論

總之，瓦斯安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是領(lǐng)導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)決策提供科學(xué)可靠的第一手材料，是及時(shí)協(xié)調(diào)和正確指揮生產(chǎn)的重要途徑。充分發(fā)揮煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)的重要作用，有效遏制煤礦重特大瓦斯事故的發(fā)生，規(guī)范瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，從而真正發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)在 “一通三防”中的作用，保證瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，能夠使煤礦安全生產(chǎn)得到進(jìn)一步提高。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:淺談煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成與技術(shù)改進(jìn)

【摘 要】自2000年以來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，我國(guó)各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井陸續(xù)在裝備礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的裝備大大提高了礦井安全生產(chǎn)水平和安全生產(chǎn)管理效率，同時(shí)也為該技術(shù)的正確選擇、使用、維護(hù)和企業(yè)安全生產(chǎn)信息化管理提出了更高的要求。

【關(guān)鍵詞】煤礦安全；監(jiān)測(cè)；改進(jìn)

1、煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由早期的地面單徽機(jī)監(jiān)側(cè)監(jiān)控已發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控。其主要由監(jiān)測(cè)終端、監(jiān)控中心站、通信接口裝置、井下分站、傳感器組成。

監(jiān)測(cè)終端：主要監(jiān)側(cè)煤礦井下各種有毒有害氣體及工作面的作業(yè)條件。如高濃度甲烷氣體、低濃度甲烷氣體、一氧化碳、氧氣濃度、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、巖煤溫度、頂板壓力、煙霧等。

監(jiān)控中心站：主要監(jiān)控井上、下主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種生產(chǎn)參數(shù)和重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)今數(shù)，如煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)水位、供電電壓、供電電流、功率等模擬量；水泵、提升機(jī)、局扇、主扇、膠帶機(jī)、采煤機(jī)、開(kāi)關(guān)、磁力起動(dòng)器運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)等。中心站軟件具有側(cè)點(diǎn)定義功能；具有顯示測(cè)量參數(shù)、數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線(xiàn)顯示、圖形生成、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障統(tǒng)計(jì)和報(bào)表、報(bào)告打印功能。

井下分站：盡管各廠(chǎng)家的監(jiān)控系統(tǒng)井下分站形式多樣，但基本上具備了如下功能：

開(kāi)機(jī)自槍和本機(jī)初始化功能：通信側(cè)試功能：分站設(shè)程控功能（實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)儀功能、風(fēng)電瓦斯閉頓功能、瓦斯管道監(jiān)側(cè)功能和一般的環(huán)境監(jiān)側(cè)功能等）；死機(jī)自復(fù)位功能且通知中心站；接收地面中心站初始化本分站參數(shù)設(shè)里勸能（如傳感器配接通道號(hào)、量程、斷電點(diǎn)、斷電點(diǎn)、報(bào)普上限和報(bào)替下限等）：分站自動(dòng)識(shí)別配接傳感器類(lèi)型（電壓型、電流型或頻率型等）：分站本身具備超限報(bào)苦功能；分站接收中心站對(duì)本分站指定通道輸出控制繼電器實(shí)施手控操作功能和異地?cái)嚯姽δ堋?

傳感器：傳感器的穩(wěn)定性和可靠性是煤礦監(jiān)側(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能正確反映被側(cè)環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和用于煤礦監(jiān)側(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器主要有瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、煤倉(cāng)煤位、水倉(cāng)水位、電流、電壓和有功功率等模擬量傳感器，以及機(jī)電設(shè)備開(kāi)停、機(jī)電設(shè)備饋電狀態(tài)、風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)等開(kāi)關(guān)量傳感器，以上傳感器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用基本滿(mǎn)足了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控的需要，但國(guó)產(chǎn)傳感器在使用壽命、調(diào)校周期、穩(wěn)定性和可靠性方面與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比還有很大差距，某些傳感卷（如瓦斯傳感器）的穩(wěn)定性還不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。

2、移動(dòng)井下人員定位技術(shù)和定位功能模塊

井下作業(yè)人員的流動(dòng)性大以及工作環(huán)境復(fù)雜，一旦事故發(fā)生，井下人員的確切數(shù)量以及每個(gè)人所處的具體位置都很難確定，從而給營(yíng)救工作帶來(lái)極大困難，常常會(huì)延誤營(yíng)救的最佳時(shí)機(jī)并造成嚴(yán)重后果。另外，一旦意外事故發(fā)生遇難人員的具體位置不能確定，導(dǎo)致發(fā)生被困人員生死不明的情況。同時(shí)，為了避免挖掘中對(duì)人員的傷害便不能使用大的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行救援，從而導(dǎo)致救援進(jìn)展緩慢。如果能夠確定井下工作人員的確切位置便將會(huì)大大加快救援的進(jìn)度，這樣就有可能營(yíng)救出更多的人員，從而把損失降到最低的限度。

1）系統(tǒng)定位方法和定位模塊

井下定位系統(tǒng)的采用集中的定位方式由管理中心進(jìn)行定位。

定位步驟如下：首先布設(shè)網(wǎng)關(guān)和參考節(jié)點(diǎn)，保持網(wǎng)關(guān)之間的距離，再布設(shè)一些位置已知的參考節(jié)點(diǎn)保證每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)至少要處于多個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的射頻信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)。

欲定位時(shí)首先確定當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)之間的位置，因參考節(jié)點(diǎn)的位置把移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)參考節(jié)點(diǎn)的位置和參考節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置相加，即可得到該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置。具體定位步驟如下：首先進(jìn)行移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)定位來(lái)確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的位置。采用的測(cè)距技術(shù)為無(wú)線(xiàn)電信號(hào)強(qiáng)度和無(wú)線(xiàn)電信號(hào)覆蓋關(guān)系相結(jié)合的技術(shù)。

RSSI測(cè)距是指無(wú)線(xiàn)射頻通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)所接收到的射頻信號(hào)強(qiáng)度是隨距離衰減的，采用信號(hào)強(qiáng)度隨距離衰減模型并不增加額外裝置。

距離測(cè)量是節(jié)點(diǎn)定位時(shí)，通過(guò)檢測(cè)相鄰參考節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算它們信號(hào)強(qiáng)度之比，利用RSSI計(jì)算出該員工到多個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離。

位置計(jì)算指的是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所計(jì)算得到的距離值，根據(jù)兩點(diǎn)、三邊以及三角測(cè)量法等方法，計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)距離最近的網(wǎng)關(guān)的二、三維距離，從而實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的定位。

2）基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)

目前，井下定位一般采用射頻識(shí)別卡（RFID）的方式。員工隨身攜帶寫(xiě)有唯一編號(hào)的電子射頻識(shí)別卡，巷道的詢(xún)問(wèn)裝置發(fā)射詢(xún)問(wèn)信號(hào)接收員工電子識(shí)別卡的應(yīng)答信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)員工的定位。

這種定位系統(tǒng)存在諸多問(wèn)題，首先是定位精度低，它的定位精度取決于巷道詢(xún)問(wèn)裝置間的距離，一般的電子識(shí)別卡定位方式中巷道詢(xún)問(wèn)裝置的距離是幾十米的量級(jí)定位精度，不能精定位便對(duì)于緊急情況的救援只能提供有限的幫助。另外射頻卡一般是被動(dòng)卡，從而只能應(yīng)答固定的詢(xún)問(wèn)。在發(fā)生意外時(shí)員工僅僅依靠電子識(shí)別卡僅能確定事故發(fā)生之前的大概位置而不能與巷道詢(xún)問(wèn)裝置進(jìn)行雙向通信。

3、用于煤礦生產(chǎn)安全實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)管理平臺(tái)

基于已有的通用管理信息系統(tǒng)，針對(duì)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控的特殊需求為煤礦管理者定制開(kāi)發(fā)一個(gè)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用戶(hù)認(rèn)證數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢(xún)以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等多項(xiàng)功能。配置了針對(duì)礦井應(yīng)用的專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和便于信息共享的Internet服務(wù)器。適用于各類(lèi)氣體以及人員位置監(jiān)控的現(xiàn)代化管理系統(tǒng)。本項(xiàng)目中的監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供基于GIS的和采用自定義條件方式的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表功能。提供對(duì)所有監(jiān)測(cè)信息的數(shù)字信息、圖像或視頻的實(shí)時(shí)監(jiān)視。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，能夠隨著需求的變化增加新的功能從而不斷地進(jìn)行完善具有良好的可擴(kuò)展能力。

4、技術(shù)趨勢(shì)

傳感器網(wǎng)絡(luò)有著巨大的應(yīng)用前景和發(fā)展空間，被認(rèn)為是將對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大沖擊的技術(shù)之一。傳感器網(wǎng)絡(luò)以一種新的無(wú)處不在的主動(dòng)式計(jì)算模式推動(dòng)科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步已成為國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，從而關(guān)系到國(guó)家政治、軍事和社會(huì)安全等諸多方面。發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成推動(dòng)新興傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)化的跨越式發(fā)展，對(duì)于我過(guò)在21世紀(jì)的國(guó)際戰(zhàn)略地位具有領(lǐng)先地位至關(guān)重要意義。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:基于物聯(lián)網(wǎng)的多層次遠(yuǎn)程煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

摘　要　煤礦安全信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、完整性和正確性，尤其是對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)響應(yīng)的快速性、對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境的遠(yuǎn)程遙控能力提出了更高的要求。文章介紹了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的多部門(mén)、多層次煤礦安全信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，較為詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、軟硬設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計(jì)及信息安全設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)、完整、正確、遙控性能較好、數(shù)據(jù)處理和存取快速、系統(tǒng)可擴(kuò)充并靈活支持?jǐn)U展應(yīng)用等特點(diǎn),便于管理層快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提高決策科學(xué)性。

關(guān)鍵詞　煤礦安全　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)　物聯(lián)網(wǎng)　傳感器網(wǎng)絡(luò)

1　前言

煤炭作為我國(guó)重要的能源之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著至關(guān)重要的地位。然而，在我國(guó)煤礦企業(yè)管理過(guò)程中，安全問(wèn)題尤為突出。安全與生產(chǎn)的關(guān)系是相輔相成的，只有創(chuàng)造一個(gè)穩(wěn)定、安全的生產(chǎn)環(huán)境，才能保障更高的生產(chǎn)效率，才能帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。

安個(gè)與生產(chǎn)的問(wèn)題不只是煤礦企業(yè)高度重視的對(duì)象，所有的礦山開(kāi)采企業(yè)都必須認(rèn)真考慮。傳統(tǒng)的人工苦力開(kāi)采己經(jīng)不再存在，智能化開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分環(huán)節(jié)由機(jī)器設(shè)備代替人工，這也是減少礦一山事故人員傷亡的措施之一。隨著礦山開(kāi)采深度的增加，高地應(yīng)力、高溫等問(wèn)題也隨之而來(lái)，使開(kāi)采作業(yè)遇到一系列難題，這就要求智能技術(shù)必須不斷的提高?，F(xiàn)如今，基于數(shù)字化、信息化與集成化，對(duì)井下部分作業(yè)過(guò)程和環(huán)境狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理智能化。

引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用到礦山安全管理過(guò)程中，通過(guò)嵌入在各種設(shè)備中的傳感器采集其運(yùn)作信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理和共享，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)所有工作人員之間、工作人員與運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備之間及所有運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備之間的智能化管理，打造一個(gè)先進(jìn)的智慧礦山。

物聯(lián)網(wǎng)在礦山方面的應(yīng)用發(fā)展正處于初級(jí)階段。2010年3月，徐州市提出基于礦區(qū)智能化的“感知礦山”的概念，政府與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作建立了感知礦山工程研究中心，成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。它通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)礦一山的可視化、智能化和數(shù)字化。其目的在于將礦山的地理、地質(zhì)、生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工、運(yùn)銷(xiāo)等各種綜合信息進(jìn)行數(shù)字化，將感知、傳輸、信息處理及智能云計(jì)算等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代采礦、礦物加工等技術(shù)相互緊密結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)詳盡地動(dòng)態(tài)地描述并控制礦山生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)的安全過(guò)程，解決礦山瓦斯爆炸、透水事故等各種災(zāi)害預(yù)防的難題。

“感知礦山”不僅能夠提高礦山的安全管理水平，它更多的是能夠增加生產(chǎn)，利用信息、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)感知并監(jiān)控礦區(qū)運(yùn)煤皮帶、煤倉(cāng)、變電站等各個(gè)生產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)，很大程度上提高了礦區(qū)的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。實(shí)施“感知礦山”的重點(diǎn)是將與安全生產(chǎn)相關(guān)的感知層設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。在礦區(qū)建設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中，所使用的傳感器生產(chǎn)廠(chǎng)商不一，協(xié)議接口也就不一致，更甚者，在早期建設(shè)的項(xiàng)目中，有些設(shè)備是沒(méi)有智能接口的。總之，全而感知礦山的基礎(chǔ)就是將設(shè)備全面接入傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行多層次實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2　系統(tǒng)組成

系統(tǒng)總體采用分布式架構(gòu)，如圖1所示，將視頻監(jiān)控與語(yǔ)音對(duì)講等數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)預(yù)警、報(bào)警與視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，提高礦井的安防水平和快速反應(yīng)能力。整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用井下分控、礦區(qū)總控、各級(jí)安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)三級(jí)構(gòu)架組成的多層監(jiān)測(cè)模式。各級(jí)安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)可實(shí)時(shí)查看所轄礦區(qū)的安全生產(chǎn)情況數(shù)據(jù)。每個(gè)礦區(qū)設(shè)一個(gè)總控室對(duì)各礦井進(jìn)行管理，各礦井設(shè)分控室對(duì)應(yīng)礦井內(nèi)各種傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理。

傳輸網(wǎng)絡(luò)：各級(jí)安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)和各礦區(qū)之間通過(guò)監(jiān)控專(zhuān)網(wǎng)連接；各礦區(qū)內(nèi)分控與總控之間采用專(zhuān)用IP網(wǎng)絡(luò)連接；

前端系統(tǒng)：分控室前端采取模數(shù)結(jié)合、集中編碼的方法，按自成系統(tǒng)、獨(dú)立管控（含控制、存儲(chǔ)）的要求來(lái)構(gòu)成。前端系統(tǒng)能獨(dú)立完成安防及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的所有基本功能。

總控系統(tǒng)：由于前端系統(tǒng)功能較強(qiáng)大和完善，總控系統(tǒng)就顯得相對(duì)簡(jiǎn)單，總控室的任務(wù)可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況向更重要的目標(biāo)轉(zhuǎn)移，使系統(tǒng)更具針對(duì)性和實(shí)用性。本設(shè)計(jì)采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、VGA上墻，屏幕墻采用兩個(gè)由4×46寸液晶屏的拚屏屏幕墻；

傳感器系統(tǒng)：分控部分集成了瓦斯、壓力、光纖（用于監(jiān)測(cè)頂板應(yīng)力、應(yīng)變、彎曲、裂縫、蠕變及位移等參數(shù)變化）、漏電檢測(cè)傳感器、溫度、氣體、濕度等等多種傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的全局監(jiān)控。

對(duì)講系統(tǒng)：總控室與崗樓、門(mén)衛(wèi)值班室、各分區(qū)分控室配備相應(yīng)的對(duì)講系統(tǒng)。系統(tǒng)為總線(xiàn)制的二級(jí)網(wǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)，具備全雙工呼叫對(duì)講、任意一點(diǎn)一址監(jiān)聽(tīng)、任意一點(diǎn)一址（或多址、全址）廣播、與視頻的聯(lián)動(dòng)報(bào)警等功能。

2.1　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

井下分控單元需要將各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行基本處理和傳輸，根據(jù)這一需求和井下具體環(huán)境的影響，本文采用基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳感器自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)不同傳感器應(yīng)用形式和環(huán)境，將井下傳感器均做成傳感器節(jié)點(diǎn)的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與基本處理功能。 基于ZigBee的傳感器單元硬件組成如圖2所示，包括電源模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、接口電路、串口模塊、傳感器、微處理器等。考慮到zigBee模塊要需要安裝ZigBee協(xié)議棧，微處理器需要自帶一個(gè)一定容量的可編程flash存儲(chǔ)器，因此ZigBee模塊的微處理器需要采用8位或16位的高性能單片機(jī)。

2.2　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳感器單元的軟件設(shè)計(jì)主要包括，模塊的定義、系統(tǒng)參數(shù)初始化設(shè)置和模塊功能實(shí)現(xiàn)三個(gè)部分。模塊定義主要根據(jù)應(yīng)用要求定義模塊是FFD還是RFD，從而確定節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)和軟件內(nèi)核的規(guī)模。系統(tǒng)參數(shù)初始化主要進(jìn)行協(xié)議棧的配置，參數(shù)初始化流程如圖3所示。首先定義系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，然后定義ZigBee芯片所連接的MCU類(lèi)型和型號(hào)，接下來(lái)定義通信模塊性質(zhì)，即通信模塊是全功能節(jié)點(diǎn)還是精簡(jiǎn)功能節(jié)點(diǎn)，再接著定義模塊的工作頻率和電源管理方式及ZigBee網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的參數(shù)，如網(wǎng)絡(luò)地址、節(jié)點(diǎn)所屬接口、集群等。

3　安全策略

ZigBee采用了分級(jí)的安全性策略：無(wú)安全性、接入控制表、32比特AEs和128比特AES。如果系統(tǒng)是用于安全性要求不高的場(chǎng)景，可以選擇級(jí)別較低的安全措施，從而換取系統(tǒng)成本和功耗的降低；反之，在安全性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景（如軍事），l丁以選擇較高的安全級(jí)別。這樣，廠(chǎng)l衍可以綜合考慮功耗、系統(tǒng)處理能力、成木和應(yīng)用環(huán)境等方面因素而采取適當(dāng)?shù)陌踩?jí)別。藍(lán)牙協(xié)議在基帶部分定義了設(shè)備鑒權(quán)和鏈路數(shù)據(jù)流加密所需要的安全算法和處理過(guò)程。設(shè)備的鑒權(quán)是強(qiáng)制性的，所有的藍(lán)牙設(shè)備均支持鑒權(quán)過(guò)程，而鏈路的加密則是可選擇的。藍(lán)牙設(shè)備的鑒權(quán)過(guò)程是基于問(wèn)詢(xún)一響應(yīng)模式和共享的加密方式。為了使藍(lán)牙鏈路的數(shù)據(jù)流具有隱蔽性，可以使用1比特的流密碼對(duì)鏈路進(jìn)行加密。密鑰大小隨著每個(gè)基帶分組數(shù)據(jù)單元傳輸而改變。加密密鑰可以從對(duì)設(shè)備鑒權(quán)中得到。這意味著，在使用鏈路加密之前，兩個(gè)設(shè)備之間至少已經(jīng)進(jìn)行了一次鑒權(quán)。密鑰的最大長(zhǎng)度為128比特。

4　系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）對(duì)煤礦進(jìn)行多部門(mén)、多層次立體網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)管，顯著增加各種違規(guī)操作的成本，進(jìn)而提高煤礦安全監(jiān)管水平；

（2）利用ZIGBEE技術(shù)，形成礦區(qū)局部自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)各項(xiàng)監(jiān)控指標(biāo)的實(shí)時(shí)立體監(jiān)管；

（3）考慮國(guó)家能源信息的敏感性，建立了多種信息加密機(jī)制，提高整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的安全性能。

5　結(jié)語(yǔ)

本文面向煤礦，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了多部門(mén)、多層次的遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)，初步對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果標(biāo)明達(dá)到了精度及穩(wěn)定性的要求。由于單片機(jī)的擴(kuò)展性，該系統(tǒng)未來(lái)還可根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的實(shí)際需求配置不同的生理數(shù)據(jù)采集終端，具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:基于以太環(huán)網(wǎng)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在中小煤礦中的應(yīng)用

摘要：基于以太環(huán)網(wǎng)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給地方煤礦的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展提供一個(gè)平臺(tái)，將多個(gè)相距較近的礦井合并采用一套基于以太環(huán)網(wǎng)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，再聘用專(zhuān)業(yè)人員統(tǒng)一進(jìn)行管理，從而充分發(fā)揮了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，確保礦井安全生產(chǎn)又節(jié)約大量成本。

關(guān)鍵詞：以太環(huán)網(wǎng) 安全監(jiān)測(cè) 應(yīng)用

近年來(lái)特別是國(guó)家對(duì)于煤礦瓦斯災(zāi)害的治理制定了一系列重大方針，其中“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”瓦斯治理十二字方針尤為重要。實(shí)踐證明，對(duì)于地方煤礦來(lái)說(shuō)，在落實(shí)并實(shí)施“十二字”方針中，建立健全以監(jiān)測(cè)監(jiān)控瓦斯通風(fēng)參數(shù)為核心的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)），特別是管好用好煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，是建立防治瓦斯災(zāi)害的長(zhǎng)效機(jī)制，遏制重大瓦斯事故，保證礦井安全生產(chǎn)的重大舉措。堅(jiān)持裝備并管好用好監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控手段，準(zhǔn)確地反映煤礦井下瓦斯通風(fēng)參數(shù)的狀況及變化，及時(shí)地對(duì)作業(yè)地點(diǎn)和被控區(qū)域?qū)嵭袌?bào)警、斷電，進(jìn)而采取果斷措施進(jìn)行處置，具有更重要的意義。

1、目前地方煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

在地方煤礦中，由于大多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦技術(shù)力量嚴(yán)重缺乏；沒(méi)有監(jiān)測(cè)監(jiān)控方面的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍；管理人員及工人技術(shù)及文化素質(zhì)低，缺乏對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)及其配套設(shè)備的原理、功能、性能、故障原因及檢測(cè)、維修、維護(hù)方法的了解，因而監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生故障，無(wú)力維護(hù)和排除。使監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)不但沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用，設(shè)置完全失去了存在的必要。

對(duì)在用的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)缺乏嚴(yán)格的體系管理，監(jiān)管不力，如人員配備、規(guī)章制度、專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)等；監(jiān)控系統(tǒng)管理員職責(zé)不清。

綜上所述，在地方煤礦中，為將安全事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)，從根本上減少和杜絕重大瓦斯事故的發(fā)生，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，研究在地方煤礦中監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)裝備、使用、管理中應(yīng)采取的對(duì)策，提高裝備、使用和管理水平，發(fā)揮煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的“礦山安全衛(wèi)士”的重要作用，已勢(shì)在必行。

2、地方煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)裝備、使用、管理應(yīng)采取的對(duì)策

近年以來(lái)，根據(jù)煤礦安全的實(shí)際狀況，國(guó)家不斷加大安全投入，并經(jīng)相關(guān)部門(mén)提出了一系列關(guān)于在“雙高”、“雙突”礦井安裝煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，各省、市、地區(qū)也積極采取措施、挖掘資金渠道，落實(shí)中央的部署，取得了決定性的成果。

針對(duì)有相當(dāng)一部分地方煤礦具有相距較近的特點(diǎn)，這就給當(dāng)前自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的基于以太環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控架構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了更好發(fā)展的舞臺(tái)，以太環(huán)網(wǎng)測(cè)控架構(gòu)下的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有高速、大容量、開(kāi)放性和適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以將附近各個(gè)小煤礦的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)合并一套使用。各煤礦節(jié)省了中心站設(shè)置。節(jié)約成本投入。加之基于IP的Internet網(wǎng)絡(luò)測(cè)控技術(shù)很大程度解決各種測(cè)控設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備風(fēng)各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問(wèn)題，增加系統(tǒng)通信的靈活性。而基于TCP/IP的測(cè)量、控制和管理一體化技術(shù)將測(cè)量、控制和信息管理結(jié)合起來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)各要素之間充分協(xié)調(diào)配合，使系統(tǒng)整體達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。完全能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能?；谝蕴h(huán)網(wǎng)下的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是依靠其強(qiáng)大的遠(yuǎn)程化、智能化的測(cè)控功能，從而實(shí)現(xiàn)煤礦各類(lèi)參數(shù)監(jiān)控。

3、基于以太環(huán)網(wǎng)下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)

基于以上原則，圖1設(shè)計(jì)了所示的基于以太環(huán)網(wǎng)下各個(gè)煤礦的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)，圖中描述了測(cè)量、控制設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相互連接組成一個(gè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成主要分為以下二網(wǎng)絡(luò)層次：

第一網(wǎng)絡(luò)層次：是各被控設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控裝置連成一個(gè)監(jiān)控網(wǎng)，各傳感器送來(lái)的狀態(tài)信號(hào)通過(guò)裝置的輸入端口輸入，供單片機(jī)處理、傳送、控制指令由輸出端口輸出到設(shè)備的執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)，串行接口作為設(shè)備與監(jiān)控裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的擴(kuò)展接口和連接微機(jī)的虛擬控制臺(tái)接口。

第二網(wǎng)絡(luò)層次：是區(qū)域以太環(huán)網(wǎng)。在這一層次中，各煤礦的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等連成一個(gè)局域內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，有較高的安全性。

采用上述方法的特點(diǎn):

(1)網(wǎng)絡(luò)化智能監(jiān)控裝置成為一個(gè)監(jiān)控信息匯集平臺(tái)。各煤礦監(jiān)控裝置通過(guò)第一層次和第二層次的銜接點(diǎn)，對(duì)輸入的普通模擬信號(hào)進(jìn)行辨識(shí)并處理，然后進(jìn)行編碼并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)遠(yuǎn)方的請(qǐng)求，同時(shí)監(jiān)控裝置也可對(duì)接收自網(wǎng)絡(luò)的有效數(shù)據(jù)指令進(jìn)行解釋?zhuān)詻Q定在相應(yīng)的端口輸出操作信號(hào)，通過(guò)以太環(huán)網(wǎng)平臺(tái)的處理和轉(zhuǎn)換，普通的設(shè)備不需要處理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控。

(2)該結(jié)構(gòu)能更高效的使用網(wǎng)絡(luò)資源。裝置接入層與以太環(huán)網(wǎng)連接，采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，既可以在競(jìng)爭(zhēng)占用總線(xiàn)的工作狀態(tài)下，也可以利用交換機(jī)采用專(zhuān)線(xiàn)連接滿(mǎn)足特定場(chǎng)合的實(shí)時(shí)性的要求。

(3)該結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了信息網(wǎng)與控制網(wǎng)的有效結(jié)合的特點(diǎn)。在很多測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)控制有非常嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求，將信息網(wǎng)與控制網(wǎng)相結(jié)合構(gòu)成一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、靈活性高的綜合測(cè)控系統(tǒng)。

4、該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)實(shí)例

本人所在的寧夏松山工貿(mào)公司下屬有兩個(gè)礦井相距不足三公里，采用北京康斯培克生產(chǎn)的KJ31N型煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前我們將下屬的兩個(gè)礦井KJ31N型煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)以太環(huán)網(wǎng)合并成一個(gè)系統(tǒng)，節(jié)省了四個(gè)微機(jī)員人工工資，并節(jié)省一整套中心站系統(tǒng)的投入，且將兩個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)合并后管理相對(duì)集中方便。各項(xiàng)功能完全符合《（AQ6201-2006）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》、《（AQ1029-2007）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范》等相關(guān)要求。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的探討

摘要： 在當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的新形勢(shì)下，在軍事和工業(yè)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在那些傳輸數(shù)據(jù)量較少，使用電池供電，設(shè)備成本較低的應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用最為廣泛?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，國(guó)家也不斷提高煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求，為了迎合企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展的需要，煤礦檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)陸續(xù)走進(jìn)國(guó)內(nèi)各大煤礦企業(yè)。本文探討了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)；煤礦安全；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 無(wú)線(xiàn)傳感器的概念

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、遙測(cè)、遙控技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，是一個(gè)范圍廣、動(dòng)態(tài)性、自組織和可靠的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域，其研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，關(guān)系到國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等各個(gè)重大方面，在國(guó)際上引起了廣泛的重視和大量的投入，并廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、交通、安全、醫(yī)療、探測(cè)以及家庭和辦公環(huán)境等很多方面，被認(rèn)為是將對(duì)本世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。

2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)

2.1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)不僅具有傳統(tǒng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)、多跳、自組織的特點(diǎn)，而且還具有很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)是自組織的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)，它是由很多節(jié)點(diǎn)組成的，其主要原因是希望傳輸具有服務(wù)質(zhì)量要求的多媒體信息流（這主要通過(guò)移動(dòng)管理技術(shù)和動(dòng)態(tài)路由實(shí)現(xiàn)），另外，傳統(tǒng)Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)都能夠進(jìn)行移動(dòng)，具有復(fù)雜多變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)必須通過(guò)電源持續(xù)供電。與之相反，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是更加先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要集成了監(jiān)測(cè)、控制以及無(wú)線(xiàn)通信功能，顯著的優(yōu)點(diǎn)是它具有更多的傳感器節(jié)點(diǎn)，并且節(jié)點(diǎn)分布更為密集。

2.2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)各層都設(shè)計(jì)到三個(gè)管理：能量管理、任務(wù)管理和移動(dòng)管理。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)任務(wù)管理，給各個(gè)子網(wǎng)和傳感器節(jié)點(diǎn)分配監(jiān)測(cè)任務(wù)，應(yīng)用層也考慮移動(dòng)管理。網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)能量管理和移動(dòng)管理 （例如SAR協(xié)議）。物理層有能量管理，但是較少考慮移動(dòng)管理和任務(wù)管理問(wèn)題。

3 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的提出 煤炭開(kāi)采主要工作地點(diǎn)是在離地面幾百米的井下，環(huán)境復(fù)雜、惡劣，巷道狹窄、濕熱，地面凹凸不平，四周被煤炭和煤矸石包圍，還安放了液壓支架、運(yùn)煤鋼軌、風(fēng)門(mén)以及動(dòng)力線(xiàn)等設(shè)備，各種機(jī)械不時(shí)的發(fā)出噪音。在煤礦井下，無(wú)線(xiàn)電波的傳播具備其自身的特點(diǎn)，所以，在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須進(jìn)行謹(jǐn)慎的思考，并作出認(rèn)真的需求分析和設(shè)計(jì)，避免不必要的問(wèn)題的產(chǎn)生。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中采用的2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，就能夠滿(mǎn)足井下環(huán)境對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求。

基于無(wú)線(xiàn)傳感器的井下采煤工作面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜，它涉及到整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用目的、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等?；跓o(wú)線(xiàn)傳感器的井下采煤工作面安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用的設(shè)計(jì)，主要就是為了能夠在巷道狹窄、濕熱，地面凹凸不平，四周被煤炭和煤矸石包圍，還安放了液壓支架、運(yùn)煤鋼軌、風(fēng)門(mén)以及動(dòng)力線(xiàn)等設(shè)備，各種機(jī)械不時(shí)的發(fā)出噪音的井下進(jìn)行煤礦環(huán)境無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，通過(guò)基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，能夠進(jìn)行井下采煤工作面安全環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸，實(shí)時(shí)反饋井下采煤工作面的各種信息。通過(guò)對(duì)井下環(huán)境的考察和分析，并結(jié)合煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際需求，最終確定了基于ZigBee的井下采煤工作面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。

3.2 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能要求及性能指標(biāo) 井下采煤工作面安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)ZigBee協(xié)議的使用，以及IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的采用，從而實(shí)現(xiàn)的一個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)速率比較低、距離比較短的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，并且，這個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)具備比較低的射頻傳輸成本。

主要性能指標(biāo)如下：

①組網(wǎng)與通信：完成無(wú)線(xiàn)傳感器眾多的不同的節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信，并且能夠?qū)崿F(xiàn)這些節(jié)點(diǎn)之間的自組網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，也能夠提供服務(wù)支持給基礎(chǔ)和管理服務(wù)層。

②通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：ZigBee協(xié)議和IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。

③網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的。

④應(yīng)用系統(tǒng)：可以實(shí)現(xiàn)通用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的提供，同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)面向各個(gè)不同領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的提供。

⑤管理與基礎(chǔ)服務(wù)：通過(guò)組網(wǎng)與通信部分提供的服務(wù)，可以提供服務(wù)支持給應(yīng)用系統(tǒng)。

⑥數(shù)據(jù)傳輸速率：250KBps。

⑦調(diào)制方式：DSSS（O-QPSK）。

⑧使用頻段：2.4-2.483GHz。

⑨節(jié)點(diǎn)功耗：5OmW-300mW。

⑩接收靈敏度：-94dBm的接收靈敏度。

{11}時(shí)延：進(jìn)行激活或信道接入的時(shí)延是15ms，進(jìn)行設(shè)備搜索的時(shí)延是30ms。

{12}節(jié)點(diǎn)間通信范圍：75m-100m。

4 結(jié)束語(yǔ)

煤礦無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。本文提出了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，充分利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，并且通過(guò)對(duì)比各種應(yīng)用于井下無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的特點(diǎn)，選擇了ZigBee技術(shù)作為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各種環(huán)境及生產(chǎn)參數(shù)全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能預(yù)警，以大大降低煤礦生產(chǎn)安全隱患。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要: 為了滿(mǎn)足煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)的需要, 開(kāi)發(fā)了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數(shù)字瓦斯傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)瓦斯, 提高了測(cè)量精度; 采用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò), 避免了其它無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)高功耗的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞: 煤礦；瓦斯監(jiān)控； 數(shù)字瓦斯傳感器；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)；AVR 單片機(jī)

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由流量傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn) 2 個(gè)部分組成，流量傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)傳感器的數(shù)據(jù)采集以及將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制子節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送，并且負(fù)責(zé)將各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)硬件原理如圖 1 所示。

1.1 微處理器模塊

系統(tǒng)采用 AT mega128L 單片機(jī)作為節(jié)點(diǎn)的微處理器。AT mega128L 采用精簡(jiǎn)指令集 (RISC) 結(jié)構(gòu),加上哈佛總線(xiàn)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、兩級(jí)流水線(xiàn)指令結(jié)構(gòu)、單周期指令等技術(shù), 大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率。AT m ega128L 具備以電池供電的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所需的主要功能, 包括納瓦功耗管理、自編程閃存程序存儲(chǔ)及先進(jìn)的模擬、控制和通信外設(shè)。采用A T mega128L與射頻收發(fā)器CC2430結(jié)合, 實(shí)現(xiàn)了高度集成、成本低廉的節(jié)點(diǎn)。

1.2無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊

無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是一個(gè)射頻集成電路模塊,作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的物理層射頻前端實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。本系統(tǒng)選用CC2430射頻芯片。CC2430延用了以往 CC2420 的架構(gòu),在單個(gè)芯片上整合了ZigBee 射頻( RF ) 前端、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8 位M CU, 具有 128 KB 可編程閃存和 8 KB 的 RAM,還包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器、AES- 128 協(xié)同處理器、看門(mén)狗定時(shí)器、32 kH z 晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路以及 21 個(gè)可編程I/ O 引腳。CC2430 采用 0. 18m CM OS 工藝生產(chǎn), 工作時(shí)的電流損耗為 27 mA; 在接收和發(fā)射模式下, 電流損耗分別低于 27 mA 或25 mA。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性,特別適用于電池壽命要求較長(zhǎng)的場(chǎng)合。

1.3報(bào)警和顯示模塊

系統(tǒng)采用 128× 64 的圖形點(diǎn)陣式 H G128643 液晶顯示器進(jìn)行流量顯示, 利用 AT mega128L 的2 個(gè)端口分 別驅(qū) 動(dòng) 1 個(gè)蜂鳴器和1 個(gè)高亮度的紅色L ED 來(lái)進(jìn)行流量越限聲光報(bào)警。HG 128643 液晶顯示模塊是使用 KS0108B及其兼容控制驅(qū)動(dòng)器作為列驅(qū)動(dòng)器, 同時(shí)使用 KS0107B 及其兼容驅(qū)動(dòng)器作為行驅(qū)動(dòng)器的液晶模塊。由于KS0107B不與 M PU發(fā)生聯(lián)系, 只要提供電源就能產(chǎn)生行驅(qū)信號(hào)和各種同步信號(hào), 故設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。另外, 該液晶顯示器能顯示 ASCII 字符、漢字和各種曲線(xiàn), 可與單片機(jī)連接構(gòu)成功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的人機(jī)界面, 因此,廣泛用于各種智能儀表和控制系統(tǒng)。

1.4 串口模塊

串口電路只有網(wǎng)關(guān)( sink) 節(jié)點(diǎn)才有。sink節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)中特殊的節(jié)點(diǎn), 負(fù)責(zé)嵌入式計(jì)算機(jī)與傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信, 向下級(jí)節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢(xún)命令, 接收下級(jí)節(jié)點(diǎn)回傳的數(shù)據(jù)并由串口發(fā)送給嵌入式計(jì)算機(jī)。本系統(tǒng)選用低電壓高速傳輸?shù)?RS232 收發(fā)器M AX3318。MAX3318工作電壓為 2. 5~ 3 V, 傳輸速率可達(dá) 460 kbit / s, 滿(mǎn)足接收器和嵌入式計(jì)算機(jī)之間的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?工作溫量為 - 40~+ 85, 能適應(yīng)煤礦井下惡劣的環(huán)境。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1WSN 通信協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)井下的具體情況, 決定采用簇狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。簇狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是將很大的網(wǎng)絡(luò)化分成若干獨(dú)立區(qū)域, 在這些區(qū)域內(nèi), 數(shù)據(jù)獨(dú)立地進(jìn)行處理和匯聚。在每一簇內(nèi)部的通信可以是單跳也可以是多跳通信。上級(jí)網(wǎng)絡(luò)將利用更高的傳輸帶寬, 或者將上級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接到一個(gè)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上, 再通過(guò)基站接入井下環(huán)網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳到井上來(lái)。

2.2匯聚節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

匯聚節(jié)點(diǎn)既可以是一個(gè)具有增強(qiáng)功能的傳感器節(jié)點(diǎn),也可以是沒(méi)有監(jiān)測(cè)功能、僅帶有無(wú)線(xiàn)通信接口的特殊網(wǎng)關(guān)設(shè)備。匯聚節(jié)點(diǎn)具有 2 種功能: 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)功能和數(shù)據(jù)傳輸功能，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)功能主要是負(fù)責(zé)組建 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)、分配網(wǎng)絡(luò)地址及維護(hù)綁定表。數(shù)據(jù)傳輸功能主要是充當(dāng) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān), 將 2 個(gè)使用不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接在一起, 實(shí)現(xiàn) 2 種協(xié)議棧之間的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換。所有流量傳感器節(jié)點(diǎn)將所采集到的傳感器數(shù)據(jù)以無(wú)線(xiàn)的方式發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)上, 匯聚節(jié)點(diǎn)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后通過(guò)串口傳給嵌入式計(jì)算機(jī); 另一方面, 匯聚節(jié)點(diǎn)接收嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù), 并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后發(fā)送給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)程序流程如圖 2 所示。

2.3流量傳感器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

流量傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn), 同時(shí)接收來(lái)自網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作。當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收時(shí)轉(zhuǎn)入休眠模式, 節(jié)點(diǎn) 功耗降到最低。流量傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程如圖 3 所示。

主程序初始化相應(yīng)的寄存器和變量及相應(yīng)的管腳后, 進(jìn)入主循環(huán)。主循環(huán)負(fù)責(zé)對(duì)外部傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣及處理, 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的值, 并送到對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū), 然后判斷是否超限, 若是則啟動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警程序, 否則結(jié)束此次循環(huán)。

3 測(cè)試結(jié)果

將按上述方案設(shè)計(jì)的瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦井下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn), 測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表1可看出, 該系統(tǒng)測(cè)量誤差較小, 能夠滿(mǎn)足使用要求。測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差主要是由于傳感器本身存在誤差以及井下環(huán)境的限制所致, 但網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中幾乎不會(huì)引入誤差,而且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種以AT mega128L單片機(jī)為中央處理器, 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的集監(jiān)測(cè)、顯示、報(bào)警、通信等多功能于一體的智能瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它充分利用 AT m eg a128L 集成度高、功能強(qiáng)、體積小、功耗低、性能可靠等特點(diǎn), 同時(shí)利用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸, 有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦井下瓦斯的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:KJ2000N網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦安全中的探討

摘要：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，也在煤礦行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并且取得了一定的良好效果，這體現(xiàn)出了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和潛力。隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，煤礦的災(zāi)害也嚴(yán)重影響了煤礦的安全高效生產(chǎn)，比如有頂板事故、突水事故、瓦斯事故、粉塵危害等幾大災(zāi)害，其中瓦斯災(zāi)害就是其中影響最為嚴(yán)重的一種。因此，針對(duì)開(kāi)灤林西礦業(yè)公司提高安全生產(chǎn)的需要，對(duì)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理念進(jìn)行了闡述，并對(duì)整套系統(tǒng)的銜接進(jìn)行了描述。這種礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理模式在煤礦生產(chǎn)中正快速的發(fā)展中，對(duì)提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著巨大的作用。

關(guān)鍵詞：礦井瓦斯；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； KJ2000N系統(tǒng)；安全管理

1、前言

眾所周知，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，也在煤礦行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并且取得了一定的良好效果，這體現(xiàn)出了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和潛力。在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，存在著很多災(zāi)害直接影響煤礦的安全生產(chǎn)，比如有頂板事故、突水事故、瓦斯事故、粉塵危害等幾大災(zāi)害，其中瓦斯災(zāi)害就是其中影響最為嚴(yán)重的一種，因此，要保證煤礦生產(chǎn)安全高效的運(yùn)行，必須有效防治瓦斯災(zāi)害?；凑忝弘姽绢櫛泵旱V現(xiàn)用KJ2000N型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。這種礦井瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的管理模式在煤礦生產(chǎn)中正快速的發(fā)展中，對(duì)提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著巨大的作用。KJ2000N系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于煤礦瓦斯的治理有以下幾個(gè)主要作用：第一，由于在井上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其環(huán)境給操作者提供了簡(jiǎn)潔易用的界面。第二，還可以對(duì)井下的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行自行處理和編輯，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。第三，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，可以在井上處理，方便工程技術(shù)人員對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的管理。第四，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的連續(xù)傳輸和對(duì)工作面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也可實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警，自動(dòng)斷電。

2、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

KJ2000N系統(tǒng)由地面中心站、網(wǎng)絡(luò)傳輸接口、井下分站、井下防爆電源、各種礦用傳感器、礦用機(jī)電控制設(shè)備及KJ2000N安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)軟件組成。地面中心站是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，安裝在地面計(jì)算機(jī)房。井下部分包括：KJ2007(F，G等)井下分站，KDW6B隔爆兼本質(zhì)安全型電源，各種安全、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)傳感器，報(bào)警箱和斷電控制器等。井下分站和傳感器安裝在井下具有煤塵、沼氣、一氧化碳等危險(xiǎn)氣體的環(huán)境中，對(duì)煤礦井下的各種安全、生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和處理，并將安全生產(chǎn)參數(shù)及時(shí)傳輸?shù)降孛嬷行恼?。各種數(shù)據(jù)由分站和中心站處理，并能按要求直接發(fā)出聲、光報(bào)警和斷電控制信號(hào)。地面中心站經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口采用光纜與井下分站聯(lián)結(jié)通訊。當(dāng)前情況下，煤礦生產(chǎn)中所使用的監(jiān)控設(shè)備已經(jīng)在各個(gè)生產(chǎn)工作面、掘進(jìn)面等一些主要的機(jī)電硐室均被廣泛應(yīng)用，正是由于KJ2000N礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦的廣泛使用，這樣使得煤礦傳統(tǒng)的單一的監(jiān)控模式得到了徹底的改變，通過(guò)KJ2000N系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、全面地了井下安全情況和生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害事故的早期預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，并能及時(shí)地自動(dòng)處理。這樣既提高了煤礦的生產(chǎn)效益，又彌補(bǔ)了由于井下瓦斯員的疏忽大意所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)部準(zhǔn)確等原因造成的定時(shí)定點(diǎn)匯報(bào)的不足，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，并且可以利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行安全趨勢(shì)分析研究，對(duì)井下災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)安全管理的雙保險(xiǎn)。

圖一KJ2000N系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 注意事項(xiàng)及相關(guān)建議

（1）按照要求及時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)試、校正，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

（2）及時(shí)捧除故障，加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)，確保其正常運(yùn)行。

（3）必須按照要求設(shè)置傳感器的位置。隨著工作面的推進(jìn)，要及時(shí)調(diào)整傳感器的位置，使其真實(shí)反映井下的情況。

（4）備用監(jiān)控系統(tǒng)的操作與功能。當(dāng)由于人為或外界因素導(dǎo)致主監(jiān)控服務(wù)器的監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序停止工作或服務(wù)器斷電等原因正常監(jiān)測(cè)不能進(jìn)行的時(shí)候，備用監(jiān)控服務(wù)器可在5 s內(nèi)人為手動(dòng)打開(kāi)監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序，保證監(jiān)測(cè)的正常進(jìn)行，保證了用戶(hù)應(yīng)用程序的連續(xù)性。

（5）隨時(shí)和廠(chǎng)家聯(lián)系，及時(shí)解決安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的新問(wèn)題。

3、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

該監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在各煤炭企業(yè)已形成的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，整個(gè)系統(tǒng)將建立兩級(jí)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，形成一個(gè)“三層四級(jí)”網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

(1)建立一級(jí)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。

(2)在國(guó)有重點(diǎn)煤業(yè)集團(tuán)建立二級(jí)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。

(3)在煤炭管理部門(mén)設(shè)立二級(jí)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。

4、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)管及意義

我們必須對(duì)一些高瓦斯礦井或者按照高瓦斯礦井管理的煤礦要有網(wǎng)絡(luò)式的監(jiān)管方式，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的有效管理，我們還必須要將這些數(shù)據(jù)上報(bào)到安全監(jiān)管部門(mén)，這樣便于上級(jí)部門(mén)對(duì)煤礦瓦斯進(jìn)行有效的監(jiān)管。各監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)管人員應(yīng)該及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣可以更好的有效的對(duì)煤礦瓦斯進(jìn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，病區(qū)要將數(shù)據(jù)處理結(jié)果上傳到網(wǎng)上，方便工程技術(shù)人員參考，這種監(jiān)管模式對(duì)煤礦的安全高效生產(chǎn)能夠起到很好的監(jiān)督和監(jiān)控作用，同時(shí)這對(duì)煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)的穩(wěn)定好轉(zhuǎn)具有積極的意義。只有有效的保證煤礦瓦斯網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)監(jiān)控項(xiàng)目的實(shí)施，這樣才能夠使得煤礦安全又了進(jìn)一步的保證，電子警察的角色也就很好的扮演者，這樣對(duì)煤礦的多級(jí)管理也是一個(gè)很好的強(qiáng)化，這樣在煤礦生產(chǎn)中就形成了多級(jí)監(jiān)管體系和安全生產(chǎn)綜合信息網(wǎng)絡(luò), 如果在煤礦工作面出現(xiàn)了瓦斯超限等問(wèn)題，礦監(jiān)控中心將立即報(bào)警，并且將報(bào)警的數(shù)據(jù)直接上報(bào)到監(jiān)控中心，便于煤礦領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)更方便的查明超限原因和及時(shí)的采取有效的措施，將瓦斯事故消滅在萌芽狀態(tài)。對(duì)防止以瓦斯等惡性事故, 提高煤礦管理水平具有重要意義。這種監(jiān)控系統(tǒng)-----KJ2000N系統(tǒng)，對(duì)煤礦的瓦斯治理具有以下幾點(diǎn)重要意義。第一，這項(xiàng)工程很好的改造了煤礦瓦斯的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)提高煤礦的安全管理和裝備水平都更好更快的提高。第二，以前對(duì)瓦斯實(shí)行的是填表上報(bào)，這樣有可能監(jiān)測(cè)瓦斯人員偷懶活者其他原因，不檢測(cè)數(shù)據(jù)，而是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，然后上報(bào)，這樣使得數(shù)據(jù)極不真實(shí), 多數(shù)情況下也無(wú)法追溯核實(shí),這樣使得瓦斯事故在煤礦生產(chǎn)中高發(fā)的一個(gè)重要原因。第三，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不會(huì)改變煤礦的安全管理模式, 它為各級(jí)管理部門(mén)提供了實(shí)時(shí)監(jiān)控的工具，提高了工作效率。第四，有助于對(duì)煤礦的各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行宏觀分析, 微觀指導(dǎo)。

5、結(jié)論

綜上所述， KJ2000N系統(tǒng)在煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，這樣既增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性，同時(shí)還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能也是一個(gè)很好的完善和補(bǔ)充，對(duì)協(xié)調(diào)我國(guó)礦井設(shè)備落后與高生產(chǎn)效率要求之間的矛盾也有一定的指導(dǎo)意義，并且使得網(wǎng)絡(luò)在礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中得到了充分的應(yīng)用，這樣使得瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的功能能夠發(fā)揮到極致，這樣有助于對(duì)煤礦的各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行宏觀分析, 微觀指導(dǎo)。督促煤礦把問(wèn)題和隱患消滅在萌芽狀態(tài)。KJ2000N系統(tǒng)，實(shí)行通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)瓦斯進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這種礦井瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的管理模式在煤礦生產(chǎn)中正快速的發(fā)展中，對(duì)提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益有著巨大的作用。從而為提高煤礦安全和經(jīng)濟(jì)效益，起到了積極作用。同時(shí)為井下工人的安全提供了進(jìn)一步的保證，把公司的管理提高到現(xiàn)代化管理水平。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:μc/oS-ll在煤礦井下環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：針對(duì)常見(jiàn)煤礦井下環(huán)境檢測(cè)儀檢測(cè)參數(shù)單一、占用傳輸線(xiàn)較多的缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了多傳感器融合的井下環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，使系統(tǒng)決策更加科學(xué)合理，同時(shí)減少了巷道內(nèi)的走線(xiàn)數(shù)量。實(shí)際使用表明，系統(tǒng)具有較好的實(shí)時(shí)性、可靠性，并具有良好的擴(kuò)展和升級(jí)能力。

關(guān)鍵詞：μc/OS-II；煤礦；環(huán)境監(jiān)測(cè)；任務(wù)規(guī)劃

引言

為保障煤礦安全生產(chǎn)和職工人身安全，早在2001年國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局就頒布并實(shí)施了《煤礦安全規(guī)程》，并不斷對(duì)之做出修訂?！睹旱V安全規(guī)程》對(duì)煤礦井下安全工作環(huán)境、報(bào)警方法等做了詳細(xì)規(guī)定。煤礦井下環(huán)境檢測(cè)的理論研究工作已趨于成熟，眾多相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)發(fā)表，國(guó)內(nèi)外也已有多款成型產(chǎn)品，例如凱茂CO 100精密型一氧化碳儀、cosmos X0-2200氧氣計(jì)。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，雖然已有的參數(shù)檢測(cè)設(shè)備能夠較好地滿(mǎn)足測(cè)量需求，但仍存在下述缺點(diǎn)：一，測(cè)量參數(shù)單一，無(wú)法對(duì)測(cè)量點(diǎn)的環(huán)境做出準(zhǔn)確的判斷，需要將數(shù)據(jù)傳送至地面做進(jìn)一步處理；二，每個(gè)檢測(cè)設(shè)備需要一路傳輸線(xiàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，在對(duì)徐礦集團(tuán)旗下若干煤礦進(jìn)行設(shè)備更新項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)了多傳感器融合的井下環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)利用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，對(duì)井下環(huán)境做出更加科學(xué)合理的判定，降低誤報(bào)率。測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)一路傳輸線(xiàn)傳送至井下分站，降低了走線(xiàn)成本和復(fù)雜度。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II，μC/OS-II的引入是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。本文介紹了嵌入式操作系統(tǒng)(Embedded OperationSystem，EOS)相關(guān)概念和設(shè)計(jì)原則，并以煤礦井下環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程為例分析了基于μC/OS-II的實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)要點(diǎn)。

1嵌入式操作系統(tǒng)

EOS的概念容易和嵌入式系統(tǒng)混淆。簡(jiǎn)而言之，EOS屬于軟件范疇，而嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，但并不是所有的嵌入式系統(tǒng)都必須使用EOS。從技術(shù)角度來(lái)講，EOS是一種用途廣泛的的系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)；它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過(guò)裝卸某些模塊來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。

對(duì)于實(shí)時(shí)多任務(wù)EOS的開(kāi)發(fā)，關(guān)鍵是合理地進(jìn)行任務(wù)劃分。對(duì)于任務(wù)的劃分，并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也很少有相關(guān)論文對(duì)任務(wù)劃分的原則有較詳細(xì)的介紹。本文列出本項(xiàng)目任務(wù)劃分所依據(jù)的主要原則：

(a)解耦原則：任務(wù)之間的耦合關(guān)系是影響軟件復(fù)雜度的重要因素，緊密相關(guān)的功能應(yīng)盡量組成一個(gè)任務(wù)，以減少任務(wù)耦合；應(yīng)盡量使用數(shù)據(jù)耦合，少用控制耦合和特征耦合。具體方法可參見(jiàn)軟件工程類(lèi)書(shū)籍。

(b)實(shí)時(shí)性原則：大多數(shù)商業(yè)內(nèi)核都是占先式實(shí)時(shí)內(nèi)核，即在就緒條件下，內(nèi)核總是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，因此對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的功能應(yīng)采用高優(yōu)先級(jí)任務(wù)實(shí)現(xiàn)，占用CPU時(shí)間較長(zhǎng)的任務(wù)應(yīng)盡量賦予較低的優(yōu)先級(jí)。

(c)I/0決定原則：對(duì)每個(gè)獨(dú)立的硬件(例如GPIO)進(jìn)行操作的驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)放在一個(gè)任務(wù)中完成，以避免資源沖突。

任務(wù)的劃分不能一成不變地遵循上述原則，必須結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)和需求作具體的分析，下文以μC/OS-II在煤礦井下環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)明。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[4]分析指出，煤礦井下環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)至少應(yīng)包括可燃性氣體、02、CO和溫度的測(cè)量。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察也發(fā)現(xiàn)在井下巷道內(nèi)眾多地點(diǎn)均需要對(duì)上述四個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，因此設(shè)計(jì)了四參量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)到的模擬、數(shù)字信號(hào)處理后顯示、決策(是否報(bào)警)并將數(shù)據(jù)傳送至分站。該項(xiàng)目需求分析如下：

提供簡(jiǎn)單的用戶(hù)接口。采用液晶分時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果，用戶(hù)通過(guò)按鍵查看指定參數(shù)。

提供煤礦常用傳輸接口。采集到的數(shù)據(jù)需要在地面實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

正常檢測(cè)外的系統(tǒng)自檢功能等。

軟硬件設(shè)計(jì)具備良好的擴(kuò)展性，方便系統(tǒng)升級(jí)。

2.1硬件實(shí)現(xiàn)

據(jù)需求分析得出硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。MCU選用NXP公司的LPC2214，該芯片基于ARM7TDMI-S內(nèi)核，內(nèi)含256KB高速Flash，16KBSRAM；片內(nèi)集成8路10位ADC、兩個(gè)32位定時(shí)器(帶4路捕獲和4路比較通道)、6路PWM、多達(dá)9個(gè)外部中斷源；常用總線(xiàn)接口有1個(gè)12C接口、2個(gè)SPI接口、2個(gè)UART接口，完全滿(mǎn)足應(yīng)用及擴(kuò)展需求。

待測(cè)模擬量包括甲烷、CO、02三個(gè)參量，3個(gè)模擬量分別通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路送入MCU片內(nèi)ADC；溫度信號(hào)由數(shù)字式單總線(xiàn)溫度傳感器DSl8820獲?。挥捎诎存I較少，可采用獨(dú)立按鍵直接連接至MCU的GPIO；液晶顯示模塊LCM需要模擬總線(xiàn)連接；傳輸接口采用井下常用的RS485接口，預(yù)留RJ45接口、CAN總線(xiàn)接口，在一定程度上提高系統(tǒng)的通用性。

2.2軟件實(shí)現(xiàn)

通過(guò)需求分析及硬件設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)任務(wù)較多，且需使用慢器件，如DSl8820、LCM，因此不適合使用簡(jiǎn)單的“前后臺(tái)系統(tǒng)”，即應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)完成對(duì)應(yīng)的工作，用中斷服務(wù)程序處理異步事件。系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、可確定性、可靠性有較高需求，因此以μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)完成軟件設(shè)計(jì)較為合適。

μC/OS-II是一個(gè)完全占先式實(shí)時(shí)內(nèi)核，即在滿(mǎn)足運(yùn)行就緒條件下，“C/OS-II總是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。應(yīng)用程序最多可以管理56個(gè)用戶(hù)任務(wù)，μC/OS-II提供很多系統(tǒng)服務(wù)，例如郵箱、消息隊(duì)列、信號(hào)量、內(nèi)存申請(qǐng)與釋放等。圖2是系統(tǒng)多任務(wù)規(guī)劃框圖，圖中每個(gè)方框代表一個(gè)任務(wù)。

由圖2可以看出，任務(wù)劃分結(jié)構(gòu)清晰，μC/OS-II的任務(wù)編寫(xiě)具有一定的規(guī)律，從而方便了系統(tǒng)的擴(kuò)展。當(dāng)需要添加新的功能時(shí)，可以直接增加新任務(wù)，也可以修改已有的任務(wù)，這對(duì)軟件的維護(hù)是相當(dāng)有益的。在編寫(xiě)任務(wù)代碼時(shí)，大量使用了指向任務(wù)實(shí)體的指針和數(shù)據(jù)傳遞指針，從而在一定程度上提高了程序的封裝性能，加強(qiáng)了任務(wù)模塊的可重用性。

3結(jié)論與展望

μC/OS-II采用基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度策略，因此在進(jìn)行任務(wù)劃分時(shí)，必須依據(jù)實(shí)時(shí)性原則為每個(gè)任務(wù)分配合適的優(yōu)先級(jí)。μC/OS-II的絕大部分源碼采用移植性很強(qiáng)的ANSI C編寫(xiě)，因此具有很好地可移植性，但是C語(yǔ)言是面向過(guò)程的，不具有面向?qū)ο筇匦?，各功能模塊的通用性差。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要編寫(xiě)大量相似的程序段，因此有必要開(kāi)發(fā)面向?qū)ο蟮娜蝿?wù)表達(dá)模型，以及對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)，進(jìn)一步提高軟件模塊的可重用性和可維護(hù)性。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與改進(jìn)對(duì)策

摘要 中國(guó)能源需求持續(xù)增長(zhǎng)，但是煤炭開(kāi)采量和各種煤礦事故仍然居高不下，從而給國(guó)家財(cái)產(chǎn)和礦工生命造成巨大損失。為了應(yīng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，同時(shí)繼續(xù)發(fā)展煤炭開(kāi)采產(chǎn)業(yè)，煤礦安全工作正成為全國(guó)工業(yè)安全生產(chǎn)的重中之重。

關(guān)鍵詞 煤礦安全；監(jiān)測(cè)；改進(jìn)

1 多功能瓦斯氣體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備

研制基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包涵了多種科學(xué)技術(shù)，其中包括傳感器、嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信、自動(dòng)控制以及微電子技術(shù)等。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能是能夠完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境對(duì)象信息，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并以無(wú)線(xiàn)方式經(jīng)過(guò)基站傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器，把信息提供給網(wǎng)絡(luò)上的終端用戶(hù)以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視以及控制。本項(xiàng)目研究和開(kāi)發(fā)的多功能無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有低功耗的高性能、高可靠性、長(zhǎng)傳輸距離等特點(diǎn)，支持面向井下煤礦行業(yè)應(yīng)用的多通路傳感器以及特殊需求功能的集成。

研發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，第一步要從硬件著手設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)架構(gòu)以及每一個(gè)單元部分的功能，節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有低功耗、可重構(gòu)和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)；根據(jù)節(jié)點(diǎn)的特性對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行裁減優(yōu)化，利用最小的CPU占用率對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全面控制。

普通傳感器節(jié)點(diǎn)具有功耗低，在節(jié)點(diǎn)全功率工作發(fā)射數(shù)據(jù)狀態(tài)下功耗可以控制在50mW以下，在接收信號(hào)狀態(tài)下功耗控制在25mW以下，在節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠模式后功率可以控制在15mW以下。

節(jié)點(diǎn)具有通信距離遠(yuǎn)特點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)之間通訊距離在開(kāi)闊地可以達(dá)到300m以上，在室內(nèi)可以達(dá)到50m~100m，在井下也可以達(dá)到40m~60m；節(jié)點(diǎn)體積相對(duì)較小，傳感器節(jié)點(diǎn)體積可以控制在3cm×5cm×2cm以?xún)?nèi)；節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可以在遠(yuǎn)程控制端對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作方式和功率等；集成了多種類(lèi)型傳感器以及特殊功能要求（如定位），同時(shí)可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行綜合判別；軟件設(shè)計(jì)采用了嵌入式軟件操作系統(tǒng)，具有體積小、效率高和穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)由于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方式，因此具有裁減性、方便修改和易于維護(hù)等特點(diǎn)。

2 移動(dòng)井下人員定位技術(shù)和定位功能模塊

井下作業(yè)人員的流動(dòng)性大以及工作環(huán)境復(fù)雜，一旦事故發(fā)生，井下人員的確切數(shù)量以及每個(gè)人所處的具體位置都很難確定，從而給營(yíng)救工作帶來(lái)極大困難，常常會(huì)延誤營(yíng)救的最佳時(shí)機(jī)并造成嚴(yán)重后果。另外，一旦意外事故發(fā)生遇難人員的具體位置不能確定，導(dǎo)致發(fā)生被困人員生死不明的情況。同時(shí)，為了避免挖掘中對(duì)人員的傷害便不能使用大的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行救援，從而導(dǎo)致救援進(jìn)展緩慢。如果能夠確定井下工作人員的確切位置便將會(huì)大大加快救援的進(jìn)度，這樣就有可能營(yíng)救出更多的人員，從而把損失降到最低的限度。

1）系統(tǒng)定位方法和定位模塊

井下定位系統(tǒng)的采用集中的定位方式由管理中心進(jìn)行定位。定位步驟如下：首先布設(shè)網(wǎng)關(guān)和參考節(jié)點(diǎn)，保持網(wǎng)關(guān)之間的距離，再布設(shè)一些位置已知的參考節(jié)點(diǎn)保證每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)至少要處于多個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的射頻信號(hào)覆蓋范圍之內(nèi)。

欲定位時(shí)首先確定當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)之間的位置，因參考節(jié)點(diǎn)的位置把移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)參考節(jié)點(diǎn)的位置和參考節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置相加，即可得到該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)位置。具體定位步驟如下：

首先進(jìn)行移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)定位來(lái)確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的位置。采用的測(cè)距技術(shù)為無(wú)線(xiàn)電信號(hào)強(qiáng)度和無(wú)線(xiàn)電信號(hào)覆蓋關(guān)系相結(jié)合的技術(shù)。

RSSI測(cè)距是指無(wú)線(xiàn)射頻通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)所接收到的射頻信號(hào)強(qiáng)度是隨距離衰減的，采用信號(hào)強(qiáng)度隨距離衰減模型并不增加額外裝置。

距離測(cè)量是節(jié)點(diǎn)定位時(shí)，通過(guò)檢測(cè)相鄰參考節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算它們信號(hào)強(qiáng)度之比，利用RSSI計(jì)算出該員工到多個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的距離。

位置計(jì)算指的是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)所計(jì)算得到的距離值，根據(jù)兩點(diǎn)、三邊以及三角測(cè)量法等方法，計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)距離最近的網(wǎng)關(guān)的二、三維距離，從而實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的定位。

移動(dòng)節(jié)點(diǎn)把得到的相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的位置值傳送到網(wǎng)關(guān)，然后，加上自己的位置信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)管理中心，管理中心的計(jì)算機(jī)根據(jù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置和網(wǎng)關(guān)的位置就可以確定該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在井下的絕對(duì)位置便實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的精確定位。

2）基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)

目前，井下定位一般采用射頻識(shí)別卡（RFID）的方式。員工隨身攜帶寫(xiě)有唯一編號(hào)的電子射頻識(shí)別卡，巷道的詢(xún)問(wèn)裝置發(fā)射詢(xún)問(wèn)信號(hào)接收員工電子識(shí)別卡的應(yīng)答信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)員工的定位。這種定位系統(tǒng)存在諸多問(wèn)題，首先是定位精度低，它的定位精度取決于巷道詢(xún)問(wèn)裝置間的距離，一般的電子識(shí)別卡定位方式中巷道詢(xún)問(wèn)裝置的距離是幾十米的量級(jí)定位精度，不能精定位便對(duì)于緊急情況的救援只能提供有限的幫助。另外射頻卡一般是被動(dòng)卡，從而只能應(yīng)答固定的詢(xún)問(wèn)。在發(fā)生意外時(shí)員工僅僅依靠電子識(shí)別卡僅能確定事故發(fā)生之前的大概位置而不能與巷道詢(xún)問(wèn)裝置進(jìn)行雙向通信。

3 用于煤礦生產(chǎn)安全實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)管理平臺(tái)

基于已有的通用管理信息系統(tǒng)，針對(duì)煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控的特殊需求為煤礦管理者定制開(kāi)發(fā)一個(gè)監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用戶(hù)認(rèn)證數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢(xún)以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等多項(xiàng)功能。配置了針對(duì)礦井應(yīng)用的專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于數(shù)據(jù)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和便于信息共享的Internet服務(wù)器。適用于各類(lèi)氣體以及人員位置監(jiān)控的現(xiàn)代化管理系統(tǒng)。本項(xiàng)目中的監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供基于GIS的和采用自定義條件方式的查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表功能。提供對(duì)所有監(jiān)測(cè)信息的數(shù)字信息、圖像或視頻的實(shí)時(shí)監(jiān)視。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，能夠隨著需求的變化增加新的功能從而不斷地進(jìn)行完善具有良好的可擴(kuò)展能力。

4 技術(shù)趨勢(shì)

傳感器網(wǎng)絡(luò)有著巨大的應(yīng)用前景和發(fā)展空間，被認(rèn)為是將對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大沖擊的技術(shù)之一。傳感器網(wǎng)絡(luò)以一種新的無(wú)處不在的主動(dòng)式計(jì)算模式推動(dòng)科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步已成為國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，從而關(guān)系到國(guó)家政治、軍事和社會(huì)安全等諸多方面。發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成推動(dòng)新興傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)化的跨越式發(fā)展，對(duì)于我過(guò)在21世紀(jì)的國(guó)際戰(zhàn)略地位具有領(lǐng)先地位至關(guān)重要意義。

傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器、計(jì)算機(jī)嵌入式、分布式信息處理和通信技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展既對(duì)各行業(yè)各學(xué)科的發(fā)展可以起到推動(dòng)作用，但又強(qiáng)烈地依賴(lài)于各行業(yè)各學(xué)科的技術(shù)支撐。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:基于總線(xiàn)的煤礦通風(fēng)機(jī)主軸溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制

【摘要】 介紹了一種基于CAN總線(xiàn)的煤礦通風(fēng)機(jī)主軸溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)機(jī)主扇溫度檢測(cè)及通訊方法的分析、研究,確定了基于CAN總線(xiàn)的煤礦通風(fēng)機(jī)溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的控制方案。以嵌入式單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了這一系統(tǒng),并給出了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線(xiàn);DS1820數(shù)字溫度傳感器;自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

一、系統(tǒng)工作原理

(一)CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)和工作原理

CAN(controller area network)是一種先進(jìn)的串行通信協(xié)議,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線(xiàn)是一種多主站總線(xiàn),各節(jié)點(diǎn)都有權(quán)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。它可以通過(guò)簡(jiǎn)單的協(xié)議,實(shí)現(xiàn)在電磁干擾環(huán)境下的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠傳輸,且硬件成本較低。主要特點(diǎn)可概括如下:CAN總線(xiàn)任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù),不分主從;CAN總線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)可分為不同的優(yōu)先級(jí),可以滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求;借助接收濾波實(shí)現(xiàn)多地址的幀傳送;數(shù)據(jù)采用短幀結(jié)構(gòu),受干擾率低,數(shù)據(jù)幀的信息CRC校驗(yàn)及其它錯(cuò)誤檢測(cè)措施;發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破獲的幀可以自動(dòng)重發(fā);對(duì)于嚴(yán)重錯(cuò)誤具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)功能,使總線(xiàn)其它操作不受影響。

CAN總線(xiàn)的接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié),因而不存在占用總線(xiàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題,可以保證通信的實(shí)時(shí)性。通信速率最多可達(dá)1Mbps(通信距離40m),通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(傳輸速率5kbps)。通信介質(zhì)可以是同軸電纜或光纖,甚至可以是雙絞線(xiàn),其硬件接口簡(jiǎn)單,編程方便,系統(tǒng)容易集成。基于CAN總線(xiàn)的以上特點(diǎn),它特別適用于系統(tǒng)分布比較分散、實(shí)時(shí)性要求高、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾大的場(chǎng)合。智能節(jié)點(diǎn)能夠采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),并根據(jù)接收到的命令或者主動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線(xiàn)。通過(guò)事先設(shè)置驗(yàn)收碼和驗(yàn)收屏蔽碼可以控制智能節(jié)點(diǎn)從總線(xiàn)上接收哪些數(shù)據(jù)或命令。如果某些數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步復(fù)雜的處理,則上位計(jì)算機(jī)可以從總線(xiàn)上接收數(shù)據(jù)。當(dāng)上位機(jī)需要對(duì)某個(gè)節(jié)點(diǎn)施加控制動(dòng)作時(shí),可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式與該節(jié)點(diǎn)通訊;當(dāng)它要同時(shí)對(duì)所有節(jié)點(diǎn)施加控制動(dòng)作時(shí),可以采用廣播方式將命令發(fā)送到總線(xiàn)。這樣當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)完全可以沒(méi)有上位機(jī)的參與。大大減少了數(shù)據(jù)的傳輸量,同時(shí)提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

(二)DS1820數(shù)字溫度傳感器特點(diǎn)

DS1820是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的一種溫度測(cè)量傳感器,以數(shù)字形式串行輸出溫度測(cè)量值,改變了以往溫度傳感器需要加A/D轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的模式,可直接與單片機(jī)連接,接口電路大大簡(jiǎn)化。DS1820的64位ROM存放著序號(hào),前8位是產(chǎn)品類(lèi)型編號(hào),接著的48位是每個(gè)DS1820的唯一序號(hào),最后8位是前美國(guó)微芯公司的PIC18F458 單片機(jī)集成了CAN 通信接口,執(zhí)行Bosch 公司的CAN2.0A/B 協(xié)議。它能支持CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.0B 協(xié)議的舊版本和CAN2.0B現(xiàn)行版本。使用PIC18F458 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng),可以很方便的利用CAN總線(xiàn)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它的優(yōu)點(diǎn)是電路接口比較簡(jiǎn)單,只需很少的外圍電路就可實(shí)現(xiàn)CAN 通信,受硬件限制比較少;軟件編程容易實(shí)現(xiàn)所需功能,只需對(duì)相關(guān)寄存器進(jìn)行正確設(shè)置即可。

DS1820的特點(diǎn)如下:僅一條線(xiàn)便可以完成讀或?qū)憯?shù)據(jù),一條總線(xiàn)上可掛任意多個(gè)DS1820 不需要外接元器件;溫度測(cè)量范圍為-55℃～125℃,分辨率為0.5℃;溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的時(shí)間為1s(典型值),DS1820含有兩個(gè)字節(jié)的寄存器,第一個(gè)存放著溫度值的符號(hào),如溫度為正則全為1,否則全為0。第二個(gè)存放著溫度值的補(bǔ)碼。具體計(jì)算如下:先將寄存器中的溫度數(shù)字量求補(bǔ),再轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制并除以二,即得被測(cè)溫度值。

二、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件由PIC18F458 單片機(jī)為控制核心,通過(guò)并行DS1820溫度傳感器,檢測(cè)出通風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)溫度,通過(guò)PIC18F458單片機(jī)信息處理,由CAN 通信接口信號(hào)處理器MCP2551進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸,系統(tǒng)通過(guò)LCD1602進(jìn)行就地溫度顯示,同時(shí)溫度信號(hào)通過(guò)MAX232串口與PC機(jī)進(jìn)行組態(tài)監(jiān)測(cè)顯示。系統(tǒng)還具有溫度超限報(bào)警功能。美國(guó)微芯公司的PIC18F458 單片機(jī)集成了CAN 通信接口,執(zhí)行Bosch 公司的CAN2.0A/B 協(xié)議。使用PIC18F458 單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng),可以很方便的利用CAN 總線(xiàn)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點(diǎn)是電路接口比較簡(jiǎn)單,只需很少的外圍電路就可實(shí)現(xiàn)CAN 通信,受硬件限制比較少;軟件編程容易實(shí)現(xiàn)所需功能。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及抗干擾設(shè)計(jì)

1.初始化CAN 控制。在使用CAN 之前,必須對(duì)它的一些內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置,如CAN 控制寄存器CANCON、波特率寄存器BRGCONx 的設(shè)置以及對(duì)郵箱進(jìn)行初始化(初始化流程圖如圖1 所示)。

2.信息的發(fā)送。PIC18F458 有3 個(gè)發(fā)送郵箱緩沖器,每一個(gè)發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以設(shè)置為1～8 個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度,信息發(fā)送的具體步驟如下:(1)初始化發(fā)送郵箱;(2)設(shè)置相應(yīng)的發(fā)送請(qǐng)求位為1,即TXBxCON bits.TXREQ=1(x=1,2,3);(3)若CAN 總線(xiàn)允許發(fā)送,則啟動(dòng)最高優(yōu)先級(jí)信息的發(fā)送;(4)若發(fā)送成功,則TXREQ 被清零,TXBxIF 被置1,如果中斷被使能,則會(huì)產(chǎn)生中斷;(5)若信息發(fā)送失敗,則TXREQ 保持為1,并置位相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志。

3.息的接收。IC18F458有2個(gè)具有多重接收濾波器的完全接收緩沖器和1 個(gè)單獨(dú)信息組合的緩沖器。接收郵箱初始化時(shí),要設(shè)置其標(biāo)識(shí)符及相關(guān)的屏蔽寄存器、接收優(yōu)先級(jí)等。MAB 寄存器接收所有來(lái)自總線(xiàn)的下一條信息,RXB0 和RXB1 則接收來(lái)自協(xié)議驅(qū)動(dòng)的完整信息。MAB 接收所有信息,只有滿(mǎn)足過(guò)濾條件的信息才被傳送到RXBx 中。程序?qū)崿F(xiàn)的是發(fā)送緩沖器0向接收緩沖器0發(fā)送數(shù)據(jù)的正常模式,其中接收采用中斷方式,發(fā)送采用查詢(xún)方式。

煤礦通風(fēng)機(jī)主軸溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行一年的情況表明,系統(tǒng)信號(hào)傳輸距離長(zhǎng),信號(hào)傳輸質(zhì)量高,系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),工作穩(wěn)定。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:煤礦計(jì)算機(jī)瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

[摘 要] 煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要內(nèi)容是加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)管理，以防止煤礦事故的發(fā)生。所以，在煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作中務(wù)必提高應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事故的能力，因此加強(qiáng)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)至關(guān)重要，此外，還應(yīng)加強(qiáng)制度上的規(guī)范管理，不斷的提高煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的巡視和設(shè)備維護(hù)等都是必不可少的環(huán)節(jié)。筆者結(jié)合煤礦開(kāi)采環(huán)境，對(duì)瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

[關(guān)鍵詞] 瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 煤礦； 安全生產(chǎn)

作為煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控工作的關(guān)鍵性?xún)?nèi)容，信息的獲得無(wú)疑至關(guān)重要，而獲得信息的主要手段就是監(jiān)測(cè)技術(shù)。一般而言，通過(guò)煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)有的客觀資料，我們可以初步確定監(jiān)控的初始方案，進(jìn)而在煤礦工程運(yùn)營(yíng)過(guò)程中根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)值、經(jīng)驗(yàn)方法等內(nèi)容，開(kāi)展反饋分析等工作，修正初步方案與施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，以保證工程按照最優(yōu)的設(shè)計(jì)與施工方案進(jìn)行。因此，監(jiān)控工作的重要性也就顯而易見(jiàn)了。針對(duì)我國(guó)煤礦工程質(zhì)量中的一些不安全因素，監(jiān)測(cè)技術(shù)在監(jiān)控中的應(yīng)用能夠很好的解決此類(lèi)問(wèn)題，它不但可以很好地掌握工程的工作運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，利用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)流量方案進(jìn)行整改，并指導(dǎo)開(kāi)采質(zhì)量作業(yè)；還可以預(yù)見(jiàn)事故風(fēng)險(xiǎn)，采取一系列的事前措施，給建筑的安全管理提供信息，將事故突發(fā)率降至最低，保證了煤礦安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性。通過(guò)太陽(yáng)能光伏技術(shù)，我們可以很好地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，并廣泛應(yīng)用在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，太陽(yáng)能供電部分監(jiān)控結(jié)合了煤礦開(kāi)采的相關(guān)特點(diǎn)，對(duì)煤礦地點(diǎn)的自然環(huán)境等因素進(jìn)行分析，確定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化了供電系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對(duì)煤礦領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控起到了一定的作用。

1 煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作

1.1 規(guī)范制度，端正思想

一個(gè)良好的組織機(jī)構(gòu)，除具備較好的運(yùn)行機(jī)制和管理制度之外，還應(yīng)該具有健全的崗位制度而且能夠?qū)⒅瀼貓?zhí)行。因此，在煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控過(guò)程中，我們需要一個(gè)合適的監(jiān)控管理結(jié)構(gòu)，以便于明確各個(gè)工作人員的職權(quán)問(wèn)題，保證個(gè)人任務(wù)到位，避免權(quán)力交叉和責(zé)任推諉的現(xiàn)象發(fā)生，這些問(wèn)題都可以通過(guò)建立健全的崗位責(zé)任制度得以解決。此外，工作人員不但要對(duì)網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控知識(shí)有一定了解，思想上時(shí)刻保持著“安全第一”意識(shí)，保證將綜合自動(dòng)化安全意識(shí)滲透到工作的每一個(gè)層面，全面提升安全作業(yè)人員的工作責(zé)任心與使命感。

1.2 加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備管理

加強(qiáng)設(shè)備巡視管理是網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控的重點(diǎn)，預(yù)防設(shè)備異常的發(fā)生是監(jiān)控運(yùn)行管理的主要內(nèi)容。為了保障監(jiān)控儀器的準(zhǔn)確性，應(yīng)該建立完善的設(shè)備定檢制度，儀器設(shè)備需要進(jìn)行定期的檢測(cè)，對(duì)于一些使用頻率高的儀器，更是要依據(jù)規(guī)定檢測(cè)并建立相應(yīng)的維護(hù)記錄以隨時(shí)了解其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，保證其正常的運(yùn)行和及時(shí)的維護(hù)。

1.3 提高瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)管理

由于煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在很大程度上的特殊性，而作為貫徹于瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整個(gè)流程的重要要素，技術(shù)管理在中的作用不容小覷。因此，加強(qiáng)設(shè)備的絕緣監(jiān)督工作，利用聲波檢測(cè)、光譜分析等監(jiān)督手段，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并排除故障無(wú)疑勢(shì)在必行。煤礦安全工作一旦脫離了技術(shù)的支持，就難以稱(chēng)作是有效的工作。對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行工作的異常情況，及時(shí)采取跟蹤測(cè)溫，利用圖譜庫(kù)進(jìn)行分析對(duì)比，并提出檢測(cè)修改的建議，以此來(lái)加強(qiáng)設(shè)備的有效運(yùn)行。

2 煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)

為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)帶寬的預(yù)定要求，在瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采取分層瓦斯轉(zhuǎn)發(fā)、本地局域網(wǎng)組播的設(shè)計(jì)方案，也就是在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)設(shè)瓦斯轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)端口，并且在煤礦現(xiàn)場(chǎng)、區(qū)縣市局成立監(jiān)控管理中心，完善各部門(mén)瓦斯解碼器、電視播放墻等設(shè)施。具體的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)如圖1所示。由于煤礦施工長(zhǎng)期通常都較為偏遠(yuǎn)，帶寬并不充裕，這種聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)則可以很好地應(yīng)用于廣域瓦斯聯(lián)網(wǎng)，若考慮到以后省級(jí)平臺(tái)瓦斯聯(lián)網(wǎng)模式，這種設(shè)計(jì)方案無(wú)疑當(dāng)前2 Mb帶寬的最佳選擇，不然很容易致使監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定甚至不能使用。該聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)借助已知煤炭網(wǎng)的部分節(jié)點(diǎn)，經(jīng)上級(jí)授權(quán)之后連接并登錄瓦斯流管理服務(wù)端口，就可以輕松觀看該服務(wù)器監(jiān)控礦區(qū)的生產(chǎn)工作瓦斯，且不會(huì)增加前端帶寬負(fù)荷，可同時(shí)向多個(gè)用戶(hù)共享圖像信息。

2.2 安全系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在圖2中，我們可以清楚地看到安全系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)4個(gè)監(jiān)控工作站或D1單畫(huà)面輪巡，將畫(huà)面進(jìn)行分割并上傳到瓦斯流管理服務(wù)端口，然后統(tǒng)一由瓦斯流管理服務(wù)端口對(duì)瓦斯信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和，這樣有效地避免工作人員直接訪(fǎng)問(wèn)客戶(hù)端而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。開(kāi)展瓦斯監(jiān)控工作時(shí)，前端攝像機(jī)瓦斯線(xiàn)依次對(duì)前端畫(huà)面處理器、瓦斯服務(wù)器和光端機(jī)實(shí)施連接，通過(guò)光纜把接受到的瓦斯信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。在這個(gè)時(shí)候，其他用戶(hù)很容易不會(huì)根據(jù)已經(jīng)規(guī)定好的操作流程來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作和數(shù)據(jù)處理，而且由于不受時(shí)間、地域的限制，他們還可能會(huì)通過(guò)輸入地址直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施訪(fǎng)問(wèn)。如此一來(lái)，就很容易造成客戶(hù)肆意操作，最終致使后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)隨時(shí)都有崩潰的威脅。所以說(shuō)，我們應(yīng)該采取一些可運(yùn)用的技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行盡可能全面的安全防范，比如說(shuō)系統(tǒng)加密、防火墻、真實(shí)身份認(rèn)證、授權(quán)控制技術(shù)等等。監(jiān)控中心在接收瓦斯信息后，第一時(shí)間想遠(yuǎn)端的瓦斯服務(wù)器發(fā)出云臺(tái)控制信號(hào)，最終傳輸?shù)綌z像機(jī)云臺(tái)控制線(xiàn)，并直接上傳到系統(tǒng)客戶(hù)端。

2.3 瓦斯控制系統(tǒng)

在煤礦保護(hù)層上的回收期，我們可以將高抽巷側(cè)上方的石板巷回風(fēng)巷段封閉采空區(qū)瓦斯抽放管，同時(shí)與上隅角采空區(qū)瓦斯抽采。抽巷形成的采空區(qū)瓦斯的頂板裂隙排水渠，對(duì)下部采空區(qū)瓦斯發(fā)揮作拉動(dòng)用，減少采空區(qū)氣體排涌向工作面和的上隅角。通過(guò)分段砌筑封閉墻，在封閉墻中鋪設(shè)管路進(jìn)行瓦斯抽采，抽采管路為240mm的鐵管，抽采流量為91 m3/min，封閉墻間距為110m。封閉墻的組成由砌筑兩道墻體，并在其內(nèi)部充填黃泥，墻體厚度800mm，墻與墻之間的距離不小于4m，這樣可以很好地起到密閉和防爆的作用。每個(gè)封閉墻內(nèi)鋪設(shè)兩道管路，在新的封閉墻砌筑充填完成時(shí)，根據(jù)瓦斯抽采量適時(shí)關(guān)閉里段抽采閥門(mén)，保障了高抽巷瓦斯抽采的連續(xù)性。

2.4 瓦斯流管理服務(wù)器設(shè)計(jì)

在瓦斯監(jiān)控設(shè)計(jì)中，瓦斯流管理服務(wù)器無(wú)疑是IP瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的精神內(nèi)容。建立瓦斯流管理服務(wù)端口，不但可支持瓦斯管理系統(tǒng)同時(shí)被多名用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)，而且還很好地解決了前端瓦斯受網(wǎng)絡(luò)帶寬限制的問(wèn)題，從而保證了各部門(mén)及領(lǐng)導(dǎo)可以直接通過(guò)桌面計(jì)算機(jī)對(duì)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，隨時(shí)可瀏覽監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)圖像和瓦斯。服務(wù)器端擁有通過(guò)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭安全生產(chǎn)信息化的作用，可以為計(jì)算機(jī)提供很多實(shí)用服務(wù)。瓦斯流管理服務(wù)器與空間數(shù)據(jù)庫(kù)建立連接，可提供大量查詢(xún)服務(wù)，例如屬性查詢(xún)服務(wù)、矢量和柵格地圖服務(wù)等。在網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)組成部分中瓦斯流管理緩存服務(wù)器模塊是相當(dāng)重要的，服務(wù)器端緩存模塊主要分為緩存管理組件和索引管理組件。兩部分組件分工合作，緩存管理組件是根據(jù)索引分析所得出的結(jié)果，在緩存中處理請(qǐng)求數(shù)據(jù)然后向客戶(hù)端發(fā)送，或者利用數(shù)據(jù)庫(kù)中已存數(shù)據(jù)，而索引管理組件先索引分析客戶(hù)端請(qǐng)求，制作出瓦片空間待處理數(shù)據(jù)列表。若能發(fā)展好緩存數(shù)據(jù)的利用，數(shù)據(jù)庫(kù)交互即可免去，同時(shí)數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度也會(huì)大大提高?？偟膩?lái)說(shuō)，瓦斯流管理服務(wù)端為煤礦的安全生產(chǎn)提供了有效的圖像監(jiān)視選擇和瓦斯存儲(chǔ)的功能，可以徹底實(shí)現(xiàn)用戶(hù)權(quán)限管理、自動(dòng)報(bào)警與生產(chǎn)安全建議。

2.5 KJ95安全監(jiān)控系統(tǒng)

KJ95煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)是由煤科總院常州自動(dòng)化研究所開(kāi)發(fā)的。該系統(tǒng)通過(guò)井下通信和工業(yè)電視監(jiān)視設(shè)備，對(duì)煤礦井下作業(yè)進(jìn)行全程生產(chǎn)監(jiān)控。這一過(guò)程中的工業(yè)電視監(jiān)視和井下通信不但可以任意搭配組合，還可以單獨(dú)利用，能夠很好地滿(mǎn)足不同條件的礦井需求。在KJ95綜合監(jiān)控系統(tǒng)配置框架中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與通信系統(tǒng)兩者之間相互獨(dú)立，主線(xiàn)采用光纖為材料，以確保通信系統(tǒng)所發(fā)出的語(yǔ)音信號(hào)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)可以同時(shí)被地面的電端機(jī)所接收，為方便光纖傳輸，光端機(jī)會(huì)將混合后的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，再通過(guò)礦井下的光端機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送至井下工作面，最終將數(shù)據(jù)和語(yǔ)音徹底分開(kāi)。通過(guò)井下的電端機(jī)RS232口可以將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到礦井下的傳輸接口，然后由傳輸接口將之輸出帶到各個(gè)分站。通過(guò)分線(xiàn)盒可以把語(yǔ)音信號(hào)分送到各個(gè)話(huà)機(jī)，這一系列過(guò)程中語(yǔ)音信號(hào)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都是雙向傳遞的。

3 實(shí)現(xiàn)效果

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到煤礦安全生產(chǎn)來(lái)，根據(jù)所監(jiān)控出來(lái)的瓦斯數(shù)據(jù)，對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程實(shí)施自發(fā)監(jiān)控，并且數(shù)據(jù)處理敏捷準(zhǔn)確，而且它可以直接對(duì)煤礦生產(chǎn)中必要的地物進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注，并將標(biāo)注數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，避免不必要的人為抄寫(xiě)錯(cuò)誤。最后在監(jiān)控成果表輸出以后，表格格式規(guī)范、信息完整，并能直接進(jìn)行打印實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)計(jì)算、展點(diǎn)、制表一體化。系統(tǒng)界面可視化、操作性強(qiáng)，監(jiān)控人員不必進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的學(xué)習(xí)或培訓(xùn)，操作使用十分簡(jiǎn)便。通過(guò)面板中輸出的原始瓦斯監(jiān)控畫(huà)面，可以切實(shí)地反映煤礦生產(chǎn)的真實(shí)狀況，它對(duì)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)全過(guò)程進(jìn)行瓦斯拍攝，在瓦斯監(jiān)控工作開(kāi)展前掌握了煤礦各節(jié)點(diǎn)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的相對(duì)位置及相互關(guān)系，很簡(jiǎn)單地就可以完成固定環(huán)境輪廓的拍攝，提高了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控的工作效率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控管理不但簡(jiǎn)單迅速，而且通過(guò)數(shù)據(jù)維護(hù)自動(dòng)更新、表格目錄與導(dǎo)線(xiàn)名稱(chēng)檢索等方法實(shí)施管理，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控的效率明顯獲得了提高。

4 結(jié)論

煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)涉及到煤礦生產(chǎn)工作的數(shù)百個(gè)指標(biāo)，需要調(diào)用大量的數(shù)據(jù)和信息，并要綜合平衡煤礦生產(chǎn)同勞動(dòng)力之間、供求需要同可開(kāi)采煤礦之間、煤礦企業(yè)自身效益同社會(huì)效益之間的各種關(guān)系，要求很高，業(yè)務(wù)性和技術(shù)性很強(qiáng)，煤礦煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)多目標(biāo)動(dòng)態(tài)決策過(guò)程。因此，順應(yīng)技術(shù)進(jìn)步的潮流，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，輔助設(shè)計(jì)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)管理是非常必要的。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:基于物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算平臺(tái)的煤礦產(chǎn)區(qū)白龜山水庫(kù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

[摘 要] 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)平頂山煤礦產(chǎn)區(qū)白龜山水庫(kù)水環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，搭建相應(yīng)的云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)有效處理及數(shù)據(jù)共享，為實(shí)現(xiàn)白龜山水庫(kù)水資源可持續(xù)利用和用水安全提供保障。

[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)； 云計(jì)算平臺(tái)； 水環(huán)境； 監(jiān)測(cè)； 白龜山水庫(kù)

水環(huán)境監(jiān)測(cè)是水資源管理和安全供水的重要前提。目前，我國(guó)各主要湖泊水庫(kù)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)尚未實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，多采取監(jiān)測(cè)人員留駐湖泊水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)以人工方式采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，采集點(diǎn)和采樣頻次受到限制，獲取的信息量較小，且耗費(fèi)大量人力物力，另外很多水質(zhì)指標(biāo)還需要帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息無(wú)法及時(shí)進(jìn)行時(shí)空對(duì)比分析。即使部分湖泊水庫(kù)采用較為先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，但由于獲得的時(shí)空數(shù)據(jù)量龐大，處理過(guò)程復(fù)雜度高，籌建所需的大量高性能計(jì)算服務(wù)器資金消耗巨大，很難實(shí)現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)、有效處理及合理快捷共享[1-3]。

自2009年以來(lái)，“物聯(lián)網(wǎng)”概念頻頻出現(xiàn)在人們的視野中。物聯(lián)網(wǎng)是指把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別、傳感器等信息采集和識(shí)別設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)（如Internet、GPRS、3G網(wǎng)絡(luò)等）連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能化管理和應(yīng)用。日本、韓國(guó)、美國(guó)、歐洲一些國(guó)家基于物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)有效運(yùn)用在生產(chǎn)生活中，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與物質(zhì)世界的整合，從而提高了資源利用率和生產(chǎn)力水平[4-9]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也為水環(huán)境的監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)全新的方法和有效途徑，但同時(shí)物物相連的必然產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，若將這些信息有機(jī)的聯(lián)合起來(lái)，就需要建立一個(gè)性能穩(wěn)定的云計(jì)算平臺(tái)，以解決物聯(lián)網(wǎng)海量水環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的存儲(chǔ)和處理問(wèn)題。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算平臺(tái)結(jié)合，構(gòu)建水環(huán)境監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)，搭建相應(yīng)的云計(jì)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)有效處理及數(shù)據(jù)共享，為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和確保用水安全提供重要依據(jù)[10-14]。

1 系統(tǒng)工程構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)主要由水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感子系統(tǒng)、多層次通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、云計(jì)算平臺(tái)和太陽(yáng)能供電子系統(tǒng)構(gòu)成，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感子系統(tǒng)的下位機(jī)軟件采用中心對(duì)多點(diǎn)通訊方式，波特率為9600，采用心跳包實(shí)現(xiàn)?；顧C(jī)制，通訊信令采用ASCII碼信令。上位機(jī)軟件與數(shù)據(jù)中心之間擬通過(guò)TCP/IP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；通過(guò)對(duì)系統(tǒng)層Socket的封裝，以及從數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的集成融合通信方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)編程接口的統(tǒng)一。云計(jì)算平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心基于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)構(gòu)建，事務(wù)處理采用并發(fā)機(jī)制和觸發(fā)器機(jī)制，最后通過(guò)作業(yè)調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)機(jī)事務(wù)處理（On-Line Transaction Processing， OLTP）。利用Oracle DWB來(lái)建立數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，提供分析型環(huán)境。所有的分析產(chǎn)品和用戶(hù)接口（User interface， UI）均采用B/S架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)擬采用目前比較流行的開(kāi)源框架SSH（Spring、Struts、Hibernate）來(lái)搭建。

1.2 各子系統(tǒng)架構(gòu)

① 數(shù)據(jù)中心及采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，數(shù)據(jù)流處理包括接收處理數(shù)據(jù)流和發(fā)送數(shù)據(jù)流。

接受及處理數(shù)據(jù)流

a） 通過(guò)由水質(zhì)參數(shù)傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)化器組成的采集系統(tǒng)，獲得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)按照采樣頻率傳送至數(shù)據(jù)中心；

b） 數(shù)據(jù)中心接收到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行邏輯分析，剔除臟數(shù)據(jù)，將正確的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到瞬時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；

c） 利用ETL（extract， transform and load）工具，結(jié)合企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的作業(yè)/調(diào)度以及觸發(fā)器等功能，利用瞬時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)生成適合分析、統(tǒng)計(jì)的水質(zhì)分析型數(shù)據(jù)庫(kù)或者數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；

d） 利用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)分析產(chǎn)品或者BI（business intelligence）報(bào)表引擎，對(duì)分析數(shù)據(jù)庫(kù)或者數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，生成用戶(hù)需要的各種分析產(chǎn)品。

發(fā)送數(shù)據(jù)流

a） 用戶(hù)可通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備（比如手機(jī)、PDA等）或固定終端的水質(zhì)數(shù)據(jù)查看器登錄到數(shù)據(jù)中心，通過(guò)數(shù)據(jù)中心發(fā)送信令給采集系統(tǒng)，設(shè)定采集系統(tǒng)的采樣周期等參數(shù)信息；

b） 用戶(hù)還可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心向供電系統(tǒng)發(fā)送控制信息，開(kāi)啟或者關(guān)閉供電系統(tǒng)，或者對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。

② 多層次通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

多層次通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，采取分層混合網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，分為業(yè)務(wù)層、核心層、接入層、終端層四個(gè)層次。

③ 供電系統(tǒng)

太陽(yáng)能供電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件、太陽(yáng)能控制器和蓄電池（組）構(gòu)成。其中，太陽(yáng)能電池板是將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作，是該系統(tǒng)的核心組件。

太陽(yáng)能控制器控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并起到對(duì)蓄電池過(guò)充電保護(hù)和過(guò)放電保護(hù)的作用。蓄電池作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)遇到陰雨天氣的時(shí)候或者光照不夠充足的條件下，特別是采集系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，需要大功率高負(fù)荷的實(shí)時(shí)手動(dòng)采集時(shí)，通過(guò)蓄電池來(lái)釋放能量。

1.3 相關(guān)算法

① 數(shù)據(jù)ETL算法

傳感器水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)以下五個(gè)流程過(guò)程，實(shí)現(xiàn)提取、轉(zhuǎn)化和裝載，最終建立WSDW數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，算法實(shí)現(xiàn)流程圖如圖4所示。

② 分類(lèi)預(yù)測(cè)算法

基于LSM模型的聚類(lèi)算法，是一種無(wú)教師自動(dòng)分類(lèi)算法，針對(duì)待聚類(lèi)的目標(biāo)數(shù)據(jù)，隨機(jī)選取任意一個(gè)數(shù)據(jù)作為標(biāo)兵數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)作為候選數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)。該算法具有敏感度低，數(shù)據(jù)選取次序無(wú)關(guān)等良好特性，非常適合傳感器數(shù)據(jù)的分析處理，本工程采用基于LSM模型的聚類(lèi)算法進(jìn)行水質(zhì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析。

2 系統(tǒng)在白龜山水庫(kù)應(yīng)用

白龜山水庫(kù)位于淮河流域沙河干流上， 大壩位于河南省平頂山市西南郊，東經(jīng)112°50′至113°15′及北緯33°40′至33°50′之間。東西長(zhǎng)15. 5 km，南北寬4. 2 km，占地近70 km2。水庫(kù)控制流域面積2 740 km2，水庫(kù)多年平均降雨量900 mm， 多年平均徑流量4. 23 億m3，總庫(kù)容達(dá)9. 22 億m3，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和城市供水的大型綜合水庫(kù)[10]。同時(shí)白龜山水庫(kù)也是南水北調(diào)飲水工程的重要調(diào)節(jié)庫(kù)。

以白龜山水庫(kù)作為實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)，建立基于物聯(lián)網(wǎng)（無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)的水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，解決白龜山水庫(kù)當(dāng)前人工水質(zhì)參數(shù)采集存在的諸多問(wèn)題，構(gòu)建白龜山水庫(kù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)云計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)水資源持續(xù)有效利用和確保用水安全。

2.1 云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集

① 水環(huán)境系統(tǒng)主控因子數(shù)據(jù)采集

湖泊水庫(kù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括諸多主控因子。白龜山水庫(kù)主要選取水溫、PH、濁度、ORP、溶解氧、總磷、總氮等主控因子。各主控因子數(shù)據(jù)采集通過(guò)搭建無(wú)線(xiàn)傳感器自動(dòng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)來(lái)完成。

自動(dòng)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括6個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器自動(dòng)采集站。利用各類(lèi)在線(xiàn)水質(zhì)傳感器，在白龜山水庫(kù)入水口、1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、2號(hào)區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及白龜山水庫(kù)出水口等地設(shè)立6個(gè)實(shí)驗(yàn)示范性無(wú)線(xiàn)傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)需要來(lái)設(shè)定數(shù)據(jù)采集頻率，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)進(jìn)行無(wú)人值守實(shí)時(shí)采集。利用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行濾波、A/D轉(zhuǎn)化，最終為無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)提供可靠的原始信號(hào)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)為4-20mA的電流信號(hào)，將通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心，然后轉(zhuǎn)化為實(shí)際的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，不同參數(shù)轉(zhuǎn)化算法不同。轉(zhuǎn)化后的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)確地掌握水質(zhì)狀況和動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將持久存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心。

② 視頻數(shù)據(jù)采集

為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、水域環(huán)境及生物活動(dòng)提供視頻采集功能，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式按照定頻和手動(dòng)采集方式發(fā)回?cái)?shù)據(jù)中心。依此實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)非法入侵、設(shè)備破壞、特種保護(hù)動(dòng)物活動(dòng)提供實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2 云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)用于將獲得的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心以便對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、分析、處理和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)包括傳輸控制節(jié)點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心。

傳輸控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)采集器獲得原數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)，將獲得的實(shí)時(shí)水質(zhì)參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到GPRS無(wú)線(xiàn)混合通訊系統(tǒng)，經(jīng)由GPRS以及3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送到有固定IP地址的數(shù)據(jù)中心。通訊傳輸采用“中心對(duì)多點(diǎn)”的TCP模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠透明傳輸。各傳輸控制節(jié)點(diǎn)間也可相互通信，與有固定IP的數(shù)據(jù)中心超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間形成多層重疊混合網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心對(duì)整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理。各用戶(hù)終端設(shè)備通過(guò)該子系統(tǒng)完成登入、退出及異常處理，建立穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，為傳輸信號(hào)數(shù)據(jù)和控制信令建立雙向數(shù)據(jù)傳輸通道和通訊鏈路。

2.3 云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理中心

數(shù)據(jù)中心是整個(gè)云計(jì)算平臺(tái)服務(wù)體系的核心，其主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)。通過(guò)數(shù)據(jù)中心，一方面，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)字信號(hào)信息的接受、分析處理、預(yù)警及存儲(chǔ)，另一方面，還可以通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)控制進(jìn)行隨機(jī)監(jiān)控和采樣周期設(shè)定及視頻監(jiān)控等工作。

2.4 云計(jì)算平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警

實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)提供監(jiān)控和預(yù)警兩項(xiàng)功能。監(jiān)控模塊主要完成兩個(gè)方面的工作：一方面，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查看，在線(xiàn)分析和報(bào)表下載功能；另一方面，對(duì)無(wú)線(xiàn)視頻采集系統(tǒng)獲得的現(xiàn)場(chǎng)圖像進(jìn)行分析、比對(duì)，對(duì)異?，F(xiàn)場(chǎng)狀況采取措施；預(yù)警模塊也主要完成兩方面工作：一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)中心發(fā)現(xiàn)異常數(shù)字信號(hào)后，傳送異常類(lèi)別給實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)的預(yù)警處理任務(wù)；另一方，為授權(quán)用戶(hù)和決策人員提供自動(dòng)預(yù)警處理結(jié)果。

2.5 野外太陽(yáng)能供電系統(tǒng)

由于無(wú)法通過(guò)交流電對(duì)白龜山水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電，因此必須選擇適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的可靠的供電方案來(lái)解決此問(wèn)題。根據(jù)白龜山水庫(kù)的氣候特點(diǎn)，本著綠色、節(jié)能、環(huán)保和低碳的原則，采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)作為供電方案。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了白龜山水庫(kù)水環(huán)境指標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，云計(jì)算平臺(tái)對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行及時(shí)快捷有效地處理并能實(shí)現(xiàn)信息共享，為加強(qiáng)水資源管理和提高用水安全提供了有力保障。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[摘 要] 煤礦安全已經(jīng)成為社會(huì)非常重視和關(guān)注的問(wèn)題。針對(duì)當(dāng)前基于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和固定傳感器技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一套基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案。分析了煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)對(duì)預(yù)防煤炭安全事故有著重要的意義。

[關(guān)鍵詞] 煤礦安全； 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)； Zigbee協(xié)議； 節(jié)點(diǎn)

引言

我國(guó)煤礦開(kāi)采方式只要是以礦工開(kāi)采為主，多數(shù)礦井都有瓦斯、煤塵、火災(zāi)等隱患。我國(guó)煤礦生產(chǎn)形勢(shì)一直十分嚴(yán)峻，煤礦頻繁發(fā)生事故，給國(guó)家和人民都造成了巨大的損失。安全問(wèn)題一直困擾著我國(guó)煤礦生產(chǎn)，是制約我國(guó)煤礦行業(yè)發(fā)展的主要障礙。但是目前我國(guó)使用的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要還是以現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為主，通過(guò)有線(xiàn)方式進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的采集和傳輸，這在礦井特殊環(huán)境下存在許多的弊端。如井下監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，存在監(jiān)控盲區(qū)；隨著挖掘的深入，傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速跟進(jìn)；一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，系統(tǒng)就會(huì)癱瘓等。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)自組織、結(jié)構(gòu)靈活、以數(shù)據(jù)為中心的特點(diǎn)很適合礦井環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)ZigBee的低功耗、低成本、覆蓋范圍大、高可靠性等都符合系統(tǒng)的要求，很好的解決了上述的弊端。本文設(shè)計(jì)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦監(jiān)控區(qū)域瓦斯?jié)舛群蜏貪穸鹊刃盘?hào)的采集測(cè)量，同時(shí)將所采集的信息在地面控制中心 PC 機(jī)上實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，對(duì)煤礦井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能預(yù)警，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)具有重大的意義。

1 總體結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)分為井上及井下兩大部分，由協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和監(jiān)控中心管理系統(tǒng)組成。在主巷道的入口處架設(shè)協(xié)調(diào)器，在煤礦井下主巷道和采掘工作面中每隔幾十米布設(shè)一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，礦井工作人員佩戴移動(dòng)的終端節(jié)點(diǎn)，每個(gè)采掘區(qū)形成一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，它通過(guò)協(xié)調(diào)器采用總線(xiàn)與地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連。其中協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成基于zigbee的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，三種節(jié)點(diǎn)相互配合，共同完成對(duì)瓦斯?jié)舛?、溫濕度?shù)據(jù)的采集、傳輸和對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)井下部分為路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。終端節(jié)點(diǎn)上使用瓦斯傳感器、溫濕度傳感器等對(duì)井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)送給井上協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)串行接口將數(shù)據(jù)傳給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能夠通過(guò)以太網(wǎng)或Internet將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心。

2 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)采用相同的硬件設(shè)計(jì)。考慮到系統(tǒng)具有低功耗和可靠性高等要求， PIC18F4620單片機(jī)具有低功耗、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)；CC2420射頻芯片只需簡(jiǎn)單外圍電路設(shè)計(jì)，且支持ZigBee協(xié)議。傳感器節(jié)點(diǎn)采用PIC18F4620單片機(jī)和CC2420射頻芯片。節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)以PIC18F4620單片機(jī)和CC2420射頻芯片為核心，在單片機(jī)上擴(kuò)展出SPI接口與CC2420進(jìn)行連接，它們之間采用主從模式進(jìn)行通信，同時(shí)還在外圍擴(kuò)展了RS232和RS485接口電路。針對(duì)影響礦井安全環(huán)境的因素，系統(tǒng)采用瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對(duì)礦井環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理后傳輸給控制器。然后節(jié)點(diǎn)利用CC2420射頻收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，當(dāng)數(shù)據(jù)值超標(biāo)，產(chǎn)生安全隱患時(shí)啟動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)。瓦斯傳感器采用LXK-3，可以實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛?%以?xún)?nèi)的檢測(cè)，且當(dāng)持續(xù)半分鐘檢測(cè)到瓦斯?jié)舛雀哂?%時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。溫濕度傳感器采用SHT11，根據(jù)煤礦的溫濕度參數(shù)自動(dòng)對(duì)瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯?jié)舛葓?bào)警器的準(zhǔn)確性。節(jié)點(diǎn)采用9V電池供電，通過(guò)穩(wěn)壓器將電壓輸出轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可用電壓。

3 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

MPLAB IDE是Microchip公司用于PIC 系列單片機(jī)的基于Windows 操作系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言使用內(nèi)置編輯器創(chuàng)建和編輯源代碼。MPLAB ICD 2 在線(xiàn)調(diào)試器實(shí)時(shí)調(diào)試可執(zhí)行邏輯，使用 MPLAB ICD 2 器件編程器向單片機(jī)中燒寫(xiě)。

ZigBee協(xié)議棧由Microchip協(xié)議棧的3.5版本來(lái)實(shí)現(xiàn)。Microchip協(xié)議棧的3.5版本能夠在大多數(shù)PIC18系列的單片機(jī)上進(jìn)行移植，并支持各種ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)全功能設(shè)備和精簡(jiǎn)功能設(shè)備的功能。

4 節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)設(shè)備的功能不同。傳感器終端節(jié)點(diǎn)的主要功能是通過(guò)瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對(duì)礦井環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)；路由器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層程序主要功能是網(wǎng)絡(luò)路由的維護(hù)、節(jié)點(diǎn)的管理和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是創(chuàng)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并將從傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，同時(shí)將控制命令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。傳感器終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)均有各自的應(yīng)用層程序文件：RFD.c、 Router.c、Coordinator.c，這三個(gè)文件分別是終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序，分別實(shí)現(xiàn)了各自的功能。

終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)三種節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序都是通過(guò)調(diào)用原語(yǔ)，通過(guò)改變?cè)Z(yǔ)的狀態(tài)使ZigBee協(xié)議棧的各子層實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在程序的初始階段都要先對(duì)看門(mén)狗、硬件、協(xié)議棧及其它部分進(jìn)行初始化操作。節(jié)點(diǎn)初始化后，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)在建好網(wǎng)絡(luò)后加入網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)各自在網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù)。

4.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的聯(lián)系紐帶。它一方面要?jiǎng)?chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行分配，并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；另一方面要在收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)從終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)行后，要先對(duì)PIC18F4620單片機(jī)和CC2420芯片進(jìn)行初始化操作，然后創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。節(jié)點(diǎn)的程序流程圖如圖3所示。

4.2 路由節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間可能因?yàn)榫嚯x等問(wèn)題無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，路由節(jié)點(diǎn)的功能主要是幫助協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立完整的網(wǎng)絡(luò)，管理其覆蓋范圍內(nèi)的傳感器終端節(jié)點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，類(lèi)似于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中繼站。當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)以后，路由節(jié)點(diǎn)要搜索并加入網(wǎng)絡(luò)，然后管理其覆蓋區(qū)域的傳感器終端節(jié)點(diǎn)加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。該節(jié)點(diǎn)的流程圖如圖4所示。

4.3 終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的功能是利用節(jié)點(diǎn)上的傳感器對(duì)環(huán)境對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行感知和采集，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，然后通過(guò)CC2420射頻芯片將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)在收到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令后才會(huì)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，在沒(méi)有數(shù)據(jù)請(qǐng)求的時(shí)候處于休眠狀態(tài)，以減少能量消耗。終端節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖如圖5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)測(cè)中，可隨意增加移除監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，方便網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，彌補(bǔ)了煤礦目前的煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的不足，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和煤礦監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，成本的不斷下降和體積的進(jìn)一步減小，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用會(huì)很快實(shí)現(xiàn)，未來(lái)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)更智能、更完善、更穩(wěn)定。

煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)論文:KJ581型鋼絲繩芯膠帶在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在彭莊煤礦的應(yīng)用

摘要：針對(duì)礦用膠帶鋼絲繩芯的漏磁在線(xiàn)檢測(cè)及X光成像技術(shù)的應(yīng)用與研究，將檢測(cè)、成像及診斷系統(tǒng)的結(jié)合一體，完成對(duì)膠帶內(nèi)鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動(dòng)、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線(xiàn)、電磁檢測(cè)及精確定位。對(duì)重點(diǎn)隱患部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩芯膠帶的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、前言

強(qiáng)力膠帶機(jī)由于運(yùn)輸能力大，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，所以廣泛應(yīng)用于我國(guó)礦山等行業(yè)。但是由于強(qiáng)力膠帶機(jī)運(yùn)距長(zhǎng)、負(fù)荷大、設(shè)備老化等問(wèn)題，造成皮帶接頭易損、帶身鋼絲繩斷裂，設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)存在重大隱患。如果發(fā)生事故，不但會(huì)造成重大的財(cái)產(chǎn)損失，而且造成更為嚴(yán)重的人員傷亡事故。

彭莊煤礦礦現(xiàn)有鋼絲繩膠帶機(jī)2部，在設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)膠帶接頭的完好情況是整個(gè)膠帶機(jī)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，現(xiàn)在皮帶硫化接頭的檢查只憑肉眼觀測(cè)，對(duì)接頭的硫化僅憑經(jīng)驗(yàn)，雖然在管理中要求司機(jī)在班中嚴(yán)格按規(guī)定巡檢，但難免監(jiān)測(cè)不到位，因此極不科學(xué)，很容易出現(xiàn)斷帶事故。

目前國(guó)內(nèi)有鋼絲繩芯探傷儀，存在著只能以“心電圖”形式的記錄，不能自動(dòng)判斷，需專(zhuān)業(yè)人員才能看懂，不便快速有效的發(fā)現(xiàn)膠帶在運(yùn)行中存在的隱患。通過(guò)鋼絲繩芯皮帶電磁在線(xiàn)檢測(cè)及X光成像技術(shù)的應(yīng)用研究，將檢測(cè)、成像及診斷結(jié)合起來(lái)，對(duì)重點(diǎn)隱患部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查檢修，及時(shí)排除隱患，保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為礦井的安全生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

二、綜合在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的工作原理及組成

1、工作原理：

首先，通過(guò)永久磁場(chǎng)對(duì)膠帶鋼絲繩芯進(jìn)行充磁，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)對(duì)膠帶內(nèi)鋼絲繩芯磁通量的變化情況實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶內(nèi)鋼絲繩芯的銹蝕、斷繩、接頭抽動(dòng)、移位、鍍鋅層老化等工況實(shí)行高速、在線(xiàn)、電磁檢測(cè)。當(dāng)某處損傷超標(biāo)或接頭抽動(dòng)超標(biāo)時(shí)再啟動(dòng) X射線(xiàn)部分進(jìn)行低速在線(xiàn)或定點(diǎn)透視，從而使用戶(hù)能更清楚、直觀地看到損傷點(diǎn)或接頭的透視圖像，以便采取進(jìn)一步的合理修復(fù)手段，防范隱患擴(kuò)大或事故發(fā)生。

2、系統(tǒng)的組成：

電磁傳感器：完成對(duì)輸送帶內(nèi)鋼絲繩芯的加磁及漏磁信號(hào)的拾取與檢測(cè)；

X 光機(jī)系統(tǒng)：X光發(fā)射、接收裝置、皮帶定位裝置，完成機(jī)架內(nèi)皮帶定位及其透視圖像的實(shí)時(shí)采集；

下位計(jì)算機(jī)：完成對(duì)磁信號(hào)及視頻圖像的接收、預(yù)處理、打包、發(fā)送以及電源的提供；

上位計(jì)算機(jī)：完成對(duì)信號(hào)的接收、校驗(yàn)、后處理、存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)顯示和報(bào)表打印。

3、系統(tǒng)的功能：

⑴完成輸送帶內(nèi)鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動(dòng)、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線(xiàn)、電磁檢測(cè)及精確定位； ⑵完成輸送帶內(nèi)鋼繩芯損傷點(diǎn)或接頭的 X 射線(xiàn)低速在線(xiàn)或定點(diǎn)透視；⑶檢測(cè)數(shù)據(jù)及掃描圖像可通過(guò)日期、接頭號(hào)、位置等選項(xiàng)進(jìn)行查詢(xún)、觀看和比對(duì)、分析；⑷系統(tǒng)最終出具檢測(cè)數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)圖、文字報(bào)告，并具超限報(bào)警功能；⑸實(shí)現(xiàn)各檢測(cè)值的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)及報(bào)表打??；⑹系統(tǒng)可通過(guò)光纖遠(yuǎn)距離傳輸并可進(jìn)入用戶(hù)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；⑺對(duì)輸送帶進(jìn)行輔助定位,并進(jìn)行聲音提示。

4、系統(tǒng)的特點(diǎn)：

⑴磁傳感器形式：數(shù)字式、密集型、單箱式傳感器；⑵磁傳感器維護(hù)：無(wú)傳感器調(diào)節(jié)窗口、溫度自適應(yīng)、徹底免維護(hù)、免調(diào)試；⑶系統(tǒng)模塊化的多層單片機(jī)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)運(yùn)行更快、更穩(wěn)定、更容易實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代；⑷面對(duì)用戶(hù)的人性化、模塊化、傻瓜型的軟件設(shè)計(jì)，使用戶(hù)無(wú)需懂太多計(jì)算機(jī)知識(shí)的人也可以輕松使用該系統(tǒng)；⑸系統(tǒng)可進(jìn)入用戶(hù)的局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；⑹可大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善其勞動(dòng)工作條件，縮短檢測(cè)時(shí)間；⑺人可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行X光透視,免輻射。

三、設(shè)備的安裝與調(diào)試

1、磁傳感器的安裝：

傳感器安裝位置遵循以下原則：輸送帶抖動(dòng)最小、要盡量遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)、不易受砸、安裝維護(hù)方便、信號(hào)傳輸距離盡量短等。

傳感器應(yīng)放在上皮帶與底皮帶之間， 首先將L 型固定板固定在輸送帶大梁上，套上U型螺絲，用螺母擰緊；再用直桿螺絲將傳感器箱吊掛在 L 板上。傳感器箱下表面距離底皮帶上表面的高度調(diào)節(jié)為60mm+5mm，最后用螺母擰緊即可。

安裝注意事項(xiàng)：

⑴傳感器箱應(yīng)安裝在皮帶抖動(dòng)小的地方（最好安裝在機(jī)頭附近，靠近托輥的位置，但為了避免測(cè)試誤差，請(qǐng)不要裝在托輥正上方）；⑵用螺母固定傳感器箱時(shí)，應(yīng)加裝彈墊,切記擰緊，防止長(zhǎng)期震動(dòng)導(dǎo)致螺母松動(dòng)。

2、X光系統(tǒng)各部分的安裝(僅限綜合系統(tǒng))：

現(xiàn)場(chǎng)安裝期間，發(fā)現(xiàn)該裝置的固定裝置，不牢靠及X光機(jī)安裝位置在上下膠帶之間，要求上膠帶膠帶下平面與膠帶機(jī)縱梁上平面之間有不低于300的間距，我們對(duì)機(jī)架的固定方式及托輥架進(jìn)行了改造。

原有X光機(jī)架為落地式，它要求安裝地點(diǎn)的底板必須與膠帶平行方可安裝，由于井下地理?xiàng)l件的不同及底板的起伏不平，造成機(jī)架安裝后，X光機(jī)縱向移動(dòng)架與膠帶機(jī)縱梁交叉，影響機(jī)架前后移動(dòng)距離。我們?cè)谂c廠(chǎng)家技術(shù)人員研究后，提出將機(jī)架改造為吊掛式使用，具體方法如下：

⑴在機(jī)架前后兩端，加工四根等距吊架，將X光機(jī)機(jī)架整體吊掛在膠帶機(jī)縱梁上；⑵再在機(jī)架前后兩端，加工四根拉桿，將機(jī)架與膠帶機(jī)前后H架固定在一起；⑶原有膠帶機(jī)上托架為插板式，托輥上沿只比縱梁高出60，我們?cè)诓煌．a(chǎn)的前提下將托輥架改造為固定式，且逐漸提高托輥安裝高度，使膠帶在通過(guò)監(jiān)測(cè)裝置處形成橋型段，既滿(mǎn)足了監(jiān)測(cè)裝置的安裝要求，又保證了礦井生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

四、使用的注意事項(xiàng)

1、硬件設(shè)備：

⑴傳感器箱在運(yùn)輸安裝時(shí)，應(yīng)避免強(qiáng)烈的震動(dòng)或碰撞；⑵操作該系統(tǒng)時(shí)，操作者必須經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)操作培訓(xùn),并嚴(yán)格按照該使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作；⑶應(yīng)定期檢查傳感器箱固定螺絲是否松動(dòng)；⑷每次使用本產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行設(shè)備自檢，如果發(fā)現(xiàn)有設(shè)備損壞應(yīng)及時(shí)修理或與廠(chǎng)家聯(lián)系⑸X光機(jī)啟動(dòng)時(shí),請(qǐng)勿在機(jī)架附近長(zhǎng)時(shí)逗留。

2、軟件使用：

禁止拷貝與該系統(tǒng)無(wú)關(guān)軟件到本計(jì)算機(jī)，防止病毒侵入影響，使用 U盤(pán)或移動(dòng)硬盤(pán)時(shí)先進(jìn)行殺毒再使用。

禁止刪除系統(tǒng)軟件中的任何文件，防止軟件無(wú)法正常運(yùn)行。

五、常見(jiàn)問(wèn)題及解答

1、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中或處理數(shù)據(jù)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)，不能正常運(yùn)行：

⑴檢查計(jì)算機(jī)所在室溫是否高于35℃或低于 0℃，若是應(yīng)降低或升高室溫；⑵若室溫條件滿(mǎn)足，故障仍未排除，請(qǐng)檢查計(jì)算機(jī)是否有病毒并用正版殺毒軟件進(jìn)行查殺病毒。

2、報(bào)表及圖形數(shù)據(jù)打印，顏色太淺，無(wú)法看清。 更換色帶、墨盒、硒鼓。

3、計(jì)算機(jī)自檢時(shí)顯示下位機(jī)連接不上：

⑴下位機(jī)電源是否已經(jīng)打開(kāi)；⑵USB 轉(zhuǎn)光纖模塊是否按操作規(guī)程（先啟動(dòng)工控機(jī),待啟動(dòng)完畢,再按住 USB 轉(zhuǎn)光纖模塊按鈕 3 秒）,如果不是,請(qǐng)按規(guī)定操作,便可正常連接下位機(jī)；⑶光纖是否折斷(用激光筆從一側(cè)照光纖,另一側(cè)可見(jiàn)到光,即為完好)，若折斷則需更換；⑷下位機(jī)通訊板損壞，需更換；⑸USB轉(zhuǎn)光纖模塊損壞,需更換。

六、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)彭莊礦井下主上倉(cāng)皮帶安裝KJ581型鋼絲繩芯膠帶在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之后，通過(guò)該系統(tǒng)的投入使用，完成對(duì)膠帶內(nèi)鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動(dòng)、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線(xiàn)、電磁檢測(cè)及精確定位。提高了膠帶使用的安全性和可靠性，并針對(duì)膠帶的重點(diǎn)隱患部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絲繩芯膠帶的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為礦井的安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。