专利名称：一种基于物联网技术的井下通信系统及应用的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种基于物联网技术的井下通信系统及应用，属于物联网和无线传感器领域。
背景技术：
现今的井下通信方案有有线和无线两种方式，其中有线通信主要采用总线方式，无线通信主要有WIFI、井下小灵通等。有线方式，不仅增加了铺设成本，而且不利于已完成项目的改动，而WIFI和井下小灵通又难以满足低功耗的要求。为了克服现有技术的不足，中国专利CN100501133C公开一种基于传感器网络的井下安全监测系统及方法，但是其缺点在于1.没有做到井下网络的独立化管理，导致在一条链路某点断裂后，断点的下游部分将完全崩溃，下游信息将不能够得到记录。2.井下所有无线通信采用的是同一频段，但是在矿井中，不同环境对无线频谱的吸收不同，同一频段在不同地方的通信距离也不同，因此，使用单频率不能很好的解决数据转发和基站定位并存的问题。3.没有实现人员在车辆内部的定位，当人员在车辆内部的时候，电磁屏蔽使人员无法与基站进行通信定位。4.定位功能不应该采用待定位节点间接与基站定位节点通信的方式，否则由于网络拓扑的存在，不能够反映出人员的真实位置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于物联网技术的井下通信系统，本发明还提供一种基于物联网技术的井下通信系统的应用，该应用采用物联网技术完善现有的井下通信的不足，实现对井下生产环境的实时监控、人员物资定位以及抢险救灾。本发明的技术方案如下一种基于物联网技术的井下通信系统，包括井下巷道局域网和井上数据中心，井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接，其特征在于，井下巷道局域网包括人员佩戴节点、车辆装配节点、环境监测节点、巷道传输及定位节点和巷道服务器；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点之间采用无线连接，通信频率为F2;人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点分别与巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为F2;巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为Fl ；巷道传输及定位节点与巷道服务器之间采用无线连接，通信频率为Fl ；不同局域网之间，巷道服务器与其它巷道传输及定位节点之间采用无线或有线连接，无线连接时通信频率为Fl ；井下巷道局域网内的巷道服务器通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接。所述的人员佩戴节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。所述的车辆装配节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。所述的环境监测节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。在上述人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点中所述的微处理器为8位或16位微处理器；所述存储器为flash或EEPROM存储器，所述传感器包括温度传感器、瓦斯传感器、压力传感器。所述的通信频率为F2的RF射频模块型号优选CCM20或CC2520。在上述人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点中的微处理器优选MSP430微处理器；优选atmegaUS微处理器。所述巷道传输及定位节点，包括微处理器、存储器、通信频率为Fl的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；所述存储器、通信频率为Fl的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接。巷道传输及定位节点，具有两大功能一是负责整套系统的信息传输服务，二是对巷道内移动物体实现定位，此类节点在定位功能中，其地理位置可灵活设定，为待测节点提供参考信肩、ο所述的巷道传输及定位节点中的微处理器为16位、ARM7或COrteX-M3微处理器之一。所述的巷道传输及定位节点中的微处理器优选STM32系列或MSP430系列微处理
ο所述巷道服务器，包括微处理器、硬盘、数据库、通信频率为Fl的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；硬盘、数据库、通信频率为Fl的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接。所述的通信频率为Fl的RF射频模块优选型号为CCllOO的RF射频模块。所述巷道服务器的微处理器为ARM9或ARMll微处理器。所述微处理器优选型号为AT91RM9200或S3C6410微处理器。所述数据库优选MySQL数据库。所述的巷道服务器的操作系统及数据库在ARM架构上实现，使独立的无线传感器局域网独立工作并与井上的数据中心进行通信。所述的通信频率F2为915M或2. 4G, Fl为315M或433M。一种上述基于物联网技术的井下通信系统的应用，步骤如下1)对井下待监测的区域进行分区规划以单个巷道为独立分区；2)在每个井下巷道中建立井下巷道局域网井下巷道局域网，包括人员佩戴节点、车辆装配节点、巷道传输及定位节点、环境监测节点和巷道服务器；巷道传输及定位节点分别采集人员佩戴节点的信息、车辆装配节点的信息、环境检监测节点的信息，并将将信息传输给井上的数据中心对数据进行综合处理分析；3)巷道传输及定位节点对井下人员、车辆进行定位，对环境监测节点的信息进行采集对井下人员定位人员佩戴节点通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点无线连接，通信频率为F2 ；对井下车辆定位车辆装配节点通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点无线连接，通信频率为F2 ；对环境监测节点的信息进行采集环境监测节点与巷道传输及定位节点通过多跳的通信方式进行通信，通信频率为F2 ；当井下人员在车辆内时，车辆装配节点将人员和车辆的定位信息进行打包，并与巷道传输与定位节点无线连接；所述主动汇报信息传输方式为人员佩戴节点或车辆装配节点周期性向巷道传输及定位节点发送信息，报告人员佩戴节点或车辆装配节点的位置信息；所述被动汇报信息传输方式为人员佩戴节点或车辆装配节点接收到巷道传输及定位节点发送的定时查询信息后，自动报告井下人员定位和井下车辆定位，上述两种信息传输方式能够根据需要进行自动切换；4)井下信息传输所述井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心传输信息；在同一井下巷道局域网内，人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点之间采用无线连接进行信息传输，通信频率为F2 ；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点分别与巷道传输及定位节点无线连接进行信息传输，通信频率为F2 ；巷道传输及定位节点之间无线连接进行信息传输，通信频率为Fl ；巷道传输及定位节点与巷道服务器之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为Fl ；不在同一井下巷道局域网，巷道服务器与巷道传输及定位节点之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为Fl ；不在同一井下巷道局域网，巷道服务器与巷道传输及定位节点之间还采用有线通信进行信息传输。本发明的优势在于1、本发明中，所述巷道内部采用双频无线，巷道信息传输采用频率Fl，人员、车辆定位和环境信息采集采用频率F2。频率Fl的特性在于适合在井下做远距离传输，能够有效减少信息转发次数、使得巷道传输更有效率；频率F2的特性在于传输距离较近，功耗更低，使得定位信息更加精确。同时，两种频率的使用，降低了信息冲突。2、本发明中，所述巷道服务器是以独立巷道范围为局域网的网关设备，可移动性强，实现单巷道信息的综合处理与传输。该巷道数据服务器由嵌入式操作系统，数据库，ARM处理器及有线和无线通信接口组成，以独立巷道为范围的局域网能够在不与外界通信的情况下独立工作，提高了系统的可靠性和移植性。在巷道服务器上，能够保存一定时间段内的巷道内所有数据，便于在单个巷道与外界失去通信联系时只需要找到该局域网中的巷道服务器，通过查询便可知道该巷道内的具体情况。
3、本发明将人员定位与车辆定位相结合，当人员在车辆内部时，车辆节点能够收集车中人员信息，然后将信息与巷道定位节点进行交互，有效避免电磁屏蔽现象。在定位功能中，只采用待定位节点与巷道传输及定位节点直接通信的方式，不采取间接多跳方式，在此方法中，无线传感网络节点实现远距离射频识别功能。4、本发明实现了对井下生产环境的及时监控、人员物资的准确定位以及有效实施抢险救灾工作。5、本发明根据井下环境，使用合适的巷道传输节点进行信息中继，目的是尽最大努力将信息从井下传输到巷道服务器或地面，具体方法是将巷道内的传输节点组成一个多跳网络，该网络采取有线和无线相结合的方式，提高在井下复杂环境中信息传输的可靠性。
图1是本发明的通信示意图；图2是本发明的人员佩戴节点的内部模块连接图；图3是本发明的车辆装配节点的内部模块连接图；图4是本发明的环境监测节点的内部模块连接图；图5是本发明的巷道传输及定位节点的内部模块连接图；图6是本发明的巷道服务器的内部模块连接图。在图1-图5中，1、8位或16位微处理器；2、存储器；3、通信频率为F2的RF射频模块；4、电源；5、温度传感器；6、瓦斯传感器；7、声光报警装置；8、压力传感器；9、通信频率为Fl的RF射频模块；10、总线接口 ；11、巷道传输及定位节点内的微处理器；12、巷道服务器内的微处理器；13、硬盘；14、数据库；15、IXD ；16、煤层；17、车辆装配节点；18、巷道1 (轨道斜巷)；19、巷道2(运输斜巷)；20、巷道3 (运输大巷)；21、巷道4(轨道大巷)；22、井口 ；23、环境监测节点；24、巷道传输及定位节点；25、巷道服务器；26、人员佩戴节点。
具体实施例方式下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。实施例1、如图1，一种基于物联网技术的井下通信系统，包括井下巷道局域网和井上数据中心，井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接，其特征在于，井下巷道局域网包括人员佩戴节点沈、车辆装配节点17、环境监测节点23、巷道传输及定位节点M和巷道服务器25 ；人员佩戴节点沈、车辆装配节点17和环境监测节点23之间采用无线连接，通信频率为F2 ；人员佩戴节点沈、车辆装配节点17和环境监测节点23分别与巷道传输及定位节点M之间采用无线连接，通信频率为F2 ；巷道传输及定位节点M之间采用无线连接，通信频率为Fl ；巷道传输及定位节点M与巷道服务器25之间采用无线连接，通信频率为Fl ；不同局域网之间，巷道服务器25与其它巷道传输及定位节点M之间采用无线或有线连接，无线连接时通信频率为Fl ；井下巷道局域网内的巷道服务器25通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接。如图2，所述的人员佩戴节点沈，包括微处理器1、存储器2、RF射频模块3、电源4和传感器；所述的RF射频模块3的通信频率为F2，所述存储器2、传感器、RF射频模块3和电源4分别与微处理器1连接。如图3，所述的车辆装配节点17，包括微处理器1、存储器2、RF射频模块3、电源4和传感器；所述的RF射频模块3的通信频率为F2，所述存储器2、传感器、RF射频模块3和电源4分别与微处理器1连接。如图4，所述的环境监测节点23，包括微处理器1、存储器2、RF射频模块3、电源4和传感器；所述的RF射频模块3的通信频率为F2，所述存储器2、传感器、RF射频模块3和电源4分别与微处理器1连接。在上述人员佩戴节点沈、车辆装配节点17和环境监测节点23中所述的微处理器1为8位或16位微处理器；所述存储器2为flash或EEPROM存储器，所述传感器包括温度传感器5、瓦斯传感器6、压力传感器7。所述的通信频率为F2的RF射频模块3型号优选CCM20或CC2520。在上述人员佩戴节点沈、车辆装配节点17和环境监测节点23中的微处理器1优选MSP430微处理器；优选atmegaU8微处理器。所述巷道传输及定位节点对，包括微处理器11、存储器2、通信频率为Fl的RF射频模块9、通信频率为F2的RF射频模块3、总线接口 10、电源4和传感器；所述存储器2、通信频率为Fl的RF射频模块9、通信频率为F2的RF射频模块3、总线接口 10、电源4和传感器分别与微处理器11连接。巷道传输及定位节点，具有两大功能一是负责整套系统的信息传输服务，二是对巷道内移动物体实现定位，此类节点在定位功能中，其地理位置可灵活设定，为待测节点提供参考信息。所述的巷道传输及定位节点M中的微处理器11为16位、ARM7或corteX-M3微处理器之所述的巷道传输及定位节点M中的微处理器11优选STM32系列或MSP430系列微处理器。所述巷道服务器25，包括微处理器12、硬盘13、数据库14、通信频率为Fl的RF射频模块9、总线接口 10、电源4和传感器；硬盘13、数据库14、通信频率为Fl的RF射频模块9、总线接口 10、电源4和传感器分别与微处理器12连接。所述的通信频率为Fl的RF射频模块9优选型号为CC1100的RF射频模块。所述巷道服务器25的微处理器12为ARM9或ARMll微处理器。所述微处理器12优选型号为AT91RM9200或S3C6410微处理器。
所述数据库14优选MySQL数据库。所述的巷道服务器25的操作系统及数据库在ARM架构上实现，使独立的无线传感器局域网独立工作并与井上的数据中心进行通所述的通信频率F2为915M，Fl为315M。实施例2、如实施例1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，区别在于，所述的通信频率 F2 为 2. 4G, Fl 为 433M。实施例3、一种实施例1所述基于物联网技术的井下通信系统的应用，步骤如下1)对井下待监测的区域进行分区规划以单个巷道为独立分区；
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2)在每个井下巷道中建立井下巷道局域网井下巷道局域网，包括人员佩戴节点沈、车辆装配节点17、巷道传输及定位节点M、环境监测节点23和巷道服务器25 ；巷道传输及定位节点M分别采集人员佩戴节点26的信息、车辆装配节点17的信息、环境检监测节点23的信息，并将将信息传输给井上的数据中心对数据进行综合处理分析；3)巷道传输及定位节点M对井下人员、车辆进行定位，对环境监测节点23的信息进行采集对井下人员定位人员佩戴节点沈通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点M无线连接，通信频率为F2 ；对井下车辆定位车辆装配节点17通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点M无线连接，通信频率为F2 ；对环境监测节点的信息进行采集环境监测节点23与巷道传输及定位节点M通过多跳的通信方式进行通信，通信频率为F2 ；当井下人员在车辆内时，车辆装配节点17将人员和车辆的定位信息进行打包，并与巷道传输与定位节点M无线连接；所述主动汇报信息传输方式为人员佩戴节点沈或车辆装配节点17周期性向巷道传输及定位节点M发送信息，报告人员佩戴节点26或车辆装配节点17的位置信息；所述被动汇报信息传输方式为人员佩戴节点26或车辆装配节点17接收到巷道传输及定位节点M发送的定时查询信息后，自动报告井下人员定位和井下车辆定位，上述两种信息传输方式能够根据需要进行自动切换；4)井下信息传输所述井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心传输信息；在同一井下巷道局域网内，人员佩戴节点沈、车辆装配节点17和环境监测节点23之间采用无线连接进行信息传输，通信频率为F2 ；人员佩戴节点沈、车辆装配节点17和环境监测节点23分别与巷道传输及定位节点M无线连接进行信息传输，通信频率为F2 ；巷道传输及定位节点M之间无线连接进行信息传输，通信频率为Fl ；巷道传输及定位节点M与巷道服务器25之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为Fl ；不在同一井下巷道局域网，巷道服务器25与巷道传输及定位节点M之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为Fl ；不在同一井下巷道局域网，巷道服务器25与巷道传输及定位节点M之间还采用有线通信进行信息传输。
权利要求
1.一种基于物联网技术的井下通信系统，包括井下巷道局域网和井上数据中心，井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接，其特征在于，井下巷道局域网包括人员佩戴节点、车辆装配节点、环境监测节点、巷道传输及定位节点和巷道服务器；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点之间采用无线连接，通信频率为F2;人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点分别与巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为F2 ；巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为Fl ；巷道传输及定位节点与巷道服务器之间采用无线连接，通信频率为Fl ；不同局域网之间，巷道服务器与其它巷道传输及定位节点之间采用无线或有线连接，无线连接时通信频率为Fl ；井下巷道局域网内的巷道服务器通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的人员佩戴节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。
3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的车辆装配节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。
4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的环境监测节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。
5.如权利要求2、3或4所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的微处理器为8位或16位微处理器；所述存储器为flash或EEPROM存储器，所述传感器包括温度传感器、瓦斯传感器、压力传感器；所述的通信频率为F2的RF射频模块型号优选CC2420 或 CC2520。
6.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述巷道传输及定位节点，包括微处理器、存储器、通信频率为Fl的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；所述存储器、通信频率为Fl的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接；所述的微处理器为16位、ARM7或cortex-M3微处理器之一。
7.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述巷道服务器，包括微处理器、硬盘、数据库、通信频率为Fl的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；硬盘、数据库、通信频率为Fl的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接。
8.如权利要求7所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的通信频率为Fl的RF射频模块优选型号为CCllOO的RF射频模块；所述的微处理器为ARM9或ARMll微处理器；所述数据库优选MySQL数据库。
9.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的通信频率 F2 为 915M 或 2. 4G, Fl 为 315M 或 433M。
10.一种如权利要求1所述基于物联网技术的井下通信系统的应用，步骤如下1)对井下待监测的区域进行分区规划以单个巷道为独立分区；2)在每个井下巷道中建立井下巷道局域网井下巷道局域网，包括人员佩戴节点、车辆装配节点、巷道传输及定位节点、环境监测节点和巷道服务器；巷道传输及定位节点分别采集人员佩戴节点的信息、车辆装配节点的信息、环境检监测节点的信息，并将将信息传输给井上的数据中心对数据进行综合处理分析；3)巷道传输及定位节点对井下人员、车辆进行定位，对环境监测节点的信息进行采集对井下人员定位人员佩戴节点通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点无线连接，通信频率为F2 ；对井下车辆定位车辆装配节点通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点无线连接，通信频率为F2 ；对环境监测节点的信息进行采集环境监测节点与巷道传输及定位节点通过多跳的通信方式进行通信，通信频率为F2 ；当井下人员在车辆内时，车辆装配节点将人员和车辆的定位信息进行打包，并与巷道传输与定位节点无线连接；所述主动汇报信息传输方式为人员佩戴节点或车辆装配节点周期性向巷道传输及定位节点发送信息，报告人员佩戴节点或车辆装配节点的位置信息；所述被动汇报信息传输方式为人员佩戴节点或车辆装配节点接收到巷道传输及定位节点发送的定时查询信息后，自动报告井下人员定位和井下车辆定位，上述两种信息传输方式能够根据需要进行自动切换；4)井下信息传输所述井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心传输信息；在同一井下巷道局域网内，人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点之间采用无线连接进行信息传输，通信频率为F2 ；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点分别与巷道传输及定位节点无线连接进行信息传输，通信频率为F2 ；巷道传输及定位节点之间无线连接进行信息传输，通信频率为Fl ；巷道传输及定位节点与巷道服务器之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为Fl ；不在同一井下巷道局域网，巷道服务器与巷道传输及定位节点之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为Fl ；不在同一井下巷道局域网，巷道服务器与巷道传输及定位节点之间还采用有线通信进行信息传输。
全文摘要
本发明涉及一种基于物联网技术的井下通信系统及应用，每个井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心进行连接，每个井下巷道局域网，包括人员佩戴节点、车辆装配节点、环境监测节点、巷道传输及定位节点和巷道服务器；所述人员佩戴节点、车辆装配节点和环境检监测节点采集信息，并将信息通过巷道传输及定位节点上传给巷道服务器，由巷道服务器将信息传输给井上的数据中心对信息进行综合处理分析。本发明的优势在于巷道内部采用双频无线信息传输，既保证了远距离传输，又降低了功耗；以独立巷道范围为局域网的网关设备，可移动性强，实现单巷道信息的综合处理与传输；将人员定位与车辆定位相结合，有效避免电磁屏蔽现象。
文档编号H04W84/18GK102386964SQ20111029933
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者单小明, 王磊, 袁东风 申请人:山东大学