基于ZigBee的分布式煤矿井下钻孔水压监测系统的利记博彩app

本实用新型涉及一种煤矿井下钻孔水压监测系统，尤其适用于煤矿井下通信使用的基于ZigBee的分布式煤矿井下钻孔水压监测系统。

背景技术：

我国是世界煤炭消耗第一大国，煤炭在能源结构中占有绝对比重，在未来一个很长时期里，国家的生产建设还是主要依靠煤炭作能源。目前,我国多数煤层的开采己经进入深层位,随着开采深度、强度、速度以及规模的不断增加和扩大,煤矿水害一直呈高发趋势。水害是煤矿五大灾害之一，在煤矿建设和生产时期,常常会遇到突水的危害，发生程度不同的突水事故，轻者增加排水泵数,增加电耗，从而使煤矿成本提高，并造成采区接续紧张，影响煤矿稳定生产，重者直接危害职工生命安全和国家财产的安全，造成人员伤亡或淹井事故，严重影响矿井的正常生产。

钻孔水压是矿井地下水动力场监测中的主要参数，对于预测水害的发生具有重要的意义。而现有的煤矿井下钻孔水压监测多数采用分站与有线传输网络集中式部署的结构，前期建设工程量较大，投入成本较高，测量点间各自独立，线缆错综复杂，易被损坏，延伸拓展较困难，很难实现快速及时部署。钻孔水压数据的获取多是工人定时到工作点观察、手动记录，数据的实时性与连续性较差，后期分析处理滞后，不能及时发现潜在问题。

当前，集成智能传感器、嵌入式系统、无线通信等的物联网技术正应用于矿山领域，传统的有线式监测模式，存在诸多弊端，已不能满足现代化智能矿山监测的需求。ZigBee技术作为重要的感知手段，具有自组网、低成本、部署灵活、功耗低等优点，特别适合于井下巷道庞大，错综复杂的环境。目前，无线通信方面可采用的主要有ZigBee、WIFI、蓝牙和红外等技术。其中，红外技术的实现和操作相对简单，成本低廉，但红外光线易受遮挡，可移动性差，只支持点对点连接，无法灵活的构建网络；蓝牙技术工作在公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离，在计算机外设方面应用较广泛，但其协议本身较复杂、开发成本高、通信距离短，限制了其发展；WIFI技术的带宽高，通信距离为50～100米，适合于多媒体的应用，但其实现成本高，功耗大，从而在无线传感器网络中应用较少；ZigBee技术以其经济、可靠、高效等优点在无线传感器网络中有着广泛的应用前景。

技术实现要素：

针对上述技术问题，提供一种结构简单，组网灵活方便，可以实时监控钻孔水压的基于ZigBee的分布式煤矿井下钻孔水压监测系统。

为实现上述技术目的，本实用新型基于ZigBee的分布式煤矿井下钻孔水压监测系统，它包含计算机、ZigBee协调器节点、多个ZigBee路由节点和多个ZigBee终端节点；其中计算机与ZigBee协调器节点相连接，ZigBee协调器节点通过无线与多个ZigBee路由节点相连接，ZigBee路由节点通过无线与多个ZigBee终端节点相连接；

所述ZigBee终端节点包括射频模块、移动电源模块、设置在煤矿井下钻孔的钻孔水压传感器、信号调节电路、报警模块、指示灯和天线，其中射频模块上设置有天线，射频模块的输入端通过信号调理电路与钻孔水压传感器相连接，射频模块的输出端分别与报警模块和指示灯相连接，移动电源模块与射频模块相连接并为其供电；

所述ZigBee路由节点包括射频模块、移动电源模块、隔爆兼本安电源、稳压电路、报警模块、指示灯和天线，其中射频模块上设置有天线，射频模块的输入端通过稳压电路与隔爆兼本安电源相连接，射频模块的输出端分别与报警模块和指示灯相连接，移动电源模块与射频模块相连接并为其供电；

所述ZigBee协调器节点包括射频模块、移动电源模块、隔爆兼本安电源、稳压电路、报警模块、串口转以太网模块、指示灯和天线，其中射频模块上设置有天线，射频模块的输入端通过稳压电路与隔爆兼本安电源相连接，射频模块的输出端分别与报警模块和指示灯相连接，射频模块通过串口转以太网模块与计算机相连接，移动电源模块与射频模块相连接并为其供电；

计算机负责对系统的实时监控和发出控制指令，协调器节点自动组建网络和维护无线传感器网络，负责与各路由节点和计算机通信，路由节点通过找寻、建立和修复网络报文的路由信息可有效延长网络的覆盖范围，把终端节点发来的数据转发给协调器节点，起多跳的作用，终端节点通过钻孔水压传感器采集实时的水压状态参数，并把数据发送给路由节点。

所述射频模块为WeBee的CC3530；移动电源模块包括磷酸铁锂电池、电池电量检测盒和电压转换电路，磷酸铁锂电池分别通过电池电量检测盒和电压转换电路与射频模块相连接；所述的电源模块采用的是TPS79433稳压芯片，该芯片可对2.7V-5.5V的输入电压稳压至3.3V；所述的隔爆兼本安电源输出12V直流电压，采用MOURNSUN的高效率开关稳压器K78L03-500R2，得到3.3V电压；所述的水压传感器采用的是MTP55，输出信号为0-2V的模拟电压信号；所述的串口转以太网模块采用的USR-TCP232-T模块，该模块可把ZigBee的串口信号转换成以太网信号，通过井下以太环网传至井上计算机。

有益效果：通过ZigBee终端节点将钻孔水压传感器布置在钻孔中，并通过ZigBee组网将检测数据发送到计算机，实现煤矿井下多路钻孔水压的实时监测；将各个分散的钻孔水压监测点通过ZigBee无线传感网络组合成一个系统，由ZigBee协调器和井上的计算机进行数据的实时传输，工作人员无需到井下进行数据的采集，极大地提高了数据的实时性，具有部署灵活，网络结构简单，成本低廉等优点，打破了传统的有线式网络通信结构的弊端，节省了大量的人力、财力以及物力。能够为预测预突水水害提供重要的数据支持。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构图。

图2是ZigBee终端节点的系统框图。

图3是ZigBee路由节点的系统框图。

图4是ZigBee协调节点的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对一个实施例进一步说明：

如图1所示，本实用新型的基于ZigBee的分布式煤矿井下钻孔水压监测系统，其特征在于：它包含计算机、ZigBee协调器节点、多个ZigBee路由节点(1，2，3……n)和多个ZigBee终端节点(1，2，3……m)；其中计算机与ZigBee协调器节点相连接，ZigBee协调器节点通过无线与多个ZigBee路由节点(1，2，3……n)相连接，ZigBee路由节点(1，2，3……n)通过无线与多个ZigBee终端节点(1，2，3……m)相连接；

如图2所示，所述ZigBee终端节点包括射频模块、移动电源模块、设置在煤矿井下钻孔的钻孔水压传感器、信号调节电路、报警模块、指示灯和天线，其中射频模块上设置有天线，射频模块的输入端通过信号调理电路与钻孔水压传感器相连接，射频模块的输出端分别与报警模块和指示灯相连接，移动电源模块与射频模块相连接并为其供电；

如图3所示，所述ZigBee路由节点包括射频模块、移动电源模块、隔爆兼本安电源、稳压电路、报警模块、指示灯和天线，其中射频模块上设置有天线，射频模块的输入端通过稳压电路与隔爆兼本安电源相连接，射频模块的输出端分别与报警模块和指示灯相连接，移动电源模块与射频模块相连接并为其供电；

如图4所示，所述ZigBee协调器节点包括射频模块、移动电源模块、隔爆兼本安电源、稳压电路、报警模块、串口转以太网模块、指示灯和天线，其中射频模块上设置有天线，射频模块的输入端通过稳压电路与隔爆兼本安电源相连接，射频模块的输出端分别与报警模块和指示灯相连接，射频模块通过串口转以太网模块与计算机相连接，移动电源模块与射频模块相连接并为其供电；

计算机负责对系统的实时监控和发出控制指令，协调器节点自动组建网络和维护无线传感器网络，负责与各路由节点和计算机通信，路由节点通过找寻、建立和修复网络报文的路由信息可有效延长网络的覆盖范围，把终端节点发来的数据转发给协调器节点，起多跳的作用，终端节点通过钻孔水压传感器采集实时的水压状态参数，并把数据发送给路由节点。

所述射频模块为WeBee的CC3530；移动电源模块包括磷酸铁锂电池、电池电量检测盒和电压转换电路，磷酸铁锂电池分别通过电池电量检测盒和电压转换电路与射频模块相连接；所述的电源模块采用的是TPS79433稳压芯片，该芯片可对2.7V-5.5V的输入电压稳压至3.3V；所述的隔爆兼本安电源输出12V直流电压，采用MOURNSUN的高效率开关稳压器K78L03-500R2，得到3.3V电压；所述的水压传感器采用的是MTP55，输出信号为0-2V的模拟电压信号；所述的串口转以太网模块采用的USR-TCP232-T模块，该模块可把ZigBee的串口信号转换成以太网信号，通过井下以太环网传至井上计算机。

本系统ZigBee无线网络采用树状网络结构，终端节点采集数据后将信息发送给路由节点，由路由节点转发给协调器节点，协调器节点会对发送来的数据进行汇总、处理，并将处理结果通过串口转以太网接至井下工业以太环网，发送给计算机，通过计算机的监控软件监测钻孔水压的状态。若钻孔水压超过阈值，则计算机会向协调器发出报警指令，协调器将指令最终发送给终端，控制报警电路发出报警信号。

钻孔水压传感器采集的水压值转换为相应的0-2V的模拟量，数据通过信号调理电路滤波后，接至主控单元的AD转换IO口上，将其转换为相应的数字量。电源模块由磷酸铁锂电池供电，经过TPS79433电压转换电路输出3.3V的稳定电压。终端节点将节点号、钻孔水压数值及电池电量信息打包发送给路由节点。

ZigBee路由节点采用本安兼防爆电源与电池双供电设计，一般情况下由本安电源供电，一旦出现紧急情况(如塌方、供电中断)下使用电池供电，第一种电池供电，采用TPS79433稳压芯片，第二种为井下隔爆兼本安电源，通过K78L03-500R2电压转换电路输出3.3V电压供系统使用。ZigBee路由节点通过找寻、建立和修复网络报文的路由信息可有效延长网络的覆盖范围，负责转发ZigBee终端节点的信息，起到多跳的作用。

ZigBee协调器节点处理能力和通信能力相对较强，负责组建网络和维护无线传感器网络稳定运行，采用串口转以太网模块USR-TCP232-T连接无线传感器网络与有线网络，实现两种通信协议之间的转换，同时具有存储转发能力，并把收集的数据通过以太环网转发到外部网络上，发布管理节点的通信任务。