基于Zigbee技術(shù)的煤礦通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)

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基于Zigbee技術(shù)的煤礦通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本實用新型涉及煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控領(lǐng)域，具體為一種基于Zigbee技術(shù)的煤礦用通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)。 \n背景技術(shù)\n[0002] 近幾年，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，能源需求增長加速，煤炭產(chǎn)量也迅速增長。煤礦生產(chǎn)的一個最重要的問題之一便是安全問題，而礦井通風(fēng)是煤礦安全生產(chǎn)中不可缺少的主要環(huán)節(jié)，如何實現(xiàn)煤礦通風(fēng)機在線監(jiān)測，實時觀察各個通風(fēng)機的運行狀態(tài)并且要求能有效、快速對井下設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的控制操作變得至關(guān)重要。通風(fēng)機是一種促使空氣流通的一種電機設(shè)備，煤礦上主要是用來將地面上的新鮮空氣輸送到井下巷道中，保證井下新鮮空氣充足，降低瓦斯?jié)舛鹊茸饔谩Ｋ陌踩\行是整個煤礦正常安全生產(chǎn)的必要保證。目前礦用通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)信息集成能力不強，系統(tǒng)不開放、成本較高而效率較低。首先，礦用通風(fēng)機需要監(jiān)控的參數(shù)眾多，如電動機電壓、電流、軸溫、風(fēng)速、風(fēng)量和瓦斯?jié)舛鹊?，每個參數(shù)測量位置大不相同，監(jiān)控系統(tǒng)的布線復(fù)雜繁瑣，容易出錯。其次，礦用通風(fēng)機采用有線監(jiān)控，由于監(jiān)控參數(shù)眾多，位置不同，需要布設(shè)大量通訊線，成本較高。再次，若采用普通無線通信方式設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)，則通訊的可靠性又會大大降低。另外現(xiàn)有通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的擴展性較差，若要增加或者減少若干個監(jiān)控點，則需要重新增加或者減少布線，系統(tǒng)程序也將需要重新設(shè)置，十分繁瑣。以上這些說明現(xiàn)有礦用通風(fēng)機的監(jiān)控系統(tǒng)還存在著些許的不足需要改進。目前基于Zigbee技術(shù)的無線監(jiān)控系統(tǒng)正在迅速發(fā)展，將各個監(jiān)控點和上位機都設(shè)為各個通信節(jié)點，通過Zigbee無線通信技術(shù)實現(xiàn)監(jiān)控點和上位機的數(shù)據(jù)傳輸，這種監(jiān)控系統(tǒng)既節(jié)省了成本，減輕了布線的工作量，更加保證了數(shù)據(jù)的實時性和安全性，增加了系統(tǒng)的可拓展性。 \n實用新型內(nèi)容\n[0003] 本實用新型的目的是提供一種基于Zigbee技術(shù)的通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)，以實現(xiàn)煤礦通風(fēng)機的無線監(jiān)控、降低成本和減少系統(tǒng)的繁復(fù)程度。 \n[0004] 為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案為： \n[0005] 基于Zigbee技術(shù)的煤礦通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是由上位機主站和傳感器分站兩部分組成，上位機主站是由上位機和網(wǎng)關(guān)節(jié)點組成，網(wǎng)關(guān)節(jié)點由CC2530最小系統(tǒng)、電源模塊、 電平變換和顯示電路組成，傳感器分站由C C2530最小系統(tǒng)、電源模塊、電壓互感器、電流互感器、溫濕度傳感器、瓦斯傳感器、氣壓傳感器電路組成，上位機主站和傳感器分站之間通過Zigbee技術(shù)進行無線通信，將傳感器分站采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機主站中進行監(jiān)控。 \n[0006] 所述的基于Zigbee技術(shù)的煤礦通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：各種傳感器模塊不再通過有線的方式與上位機進行相連接，而是通過各自連接的終端節(jié)點，通過天線與上位機進行無線連接。 \n[0007] 所述的基于Zigbee技術(shù)的煤礦通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：電源模塊、相應(yīng)的傳感器模塊和以C C2530為主控芯片的終端節(jié)點三者相連，構(gòu)成相應(yīng)的傳感器分站。 [0008] 所述的基于Zigbee技術(shù)的煤礦通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：電源模塊、上位機和以CC2530為主控芯片的網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過USB接口進行相連，組成了上位機主站。 [0009] 本實用新型的工作原理是：所有傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)浇K端節(jié)點中。所有終端節(jié)點與網(wǎng)關(guān)節(jié)點組成Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，各個終端節(jié)點收到的傳感器模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)后通過無線通信傳輸給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過USB接口再送到上位機當中，上位機將這些傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)在監(jiān)控軟件的界面中相應(yīng)的位置上實時顯示出來。上位機的任何操作指令，通過USB接口先傳送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，網(wǎng)關(guān)節(jié)點再通過無線通信發(fā)送到相應(yīng)的終端節(jié)點上，終端節(jié)點根據(jù)接收到的操作指令直接對傳感器模塊進行操作，使傳感器模塊做出相應(yīng)動作。整個過程中每個傳感器分站和上位機主站之間的通信全部采用Zigbee技術(shù)進行無線通信。本實用新型將Zigbee技術(shù)用于通風(fēng)機的監(jiān)控當中，保障了煤礦惡劣環(huán)境中通風(fēng)機監(jiān)控的實時性和物理安全性。 \n[0010] 與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在： \n[0011] 本實用新型采用上位機主站和傳感器分站之間通過Zigbee技術(shù)組成無線網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)對煤礦用通風(fēng)機進行實時監(jiān)控，其中傳感器分站與上位機主站通過無線通信，避免了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器與上位機進行有線連接通信的布線復(fù)雜，設(shè)置繁瑣，工作量大，容易出錯的缺點，更進一步降低了布線所需要的成本投入。采用基于Zigbee技術(shù)組成無線網(wǎng)絡(luò)，則提高了通信的準確性，增加了系統(tǒng)的可擴展性。使得本實用新型更加簡單，準確，可靠。 \n附圖說明\n[0012] 圖1為本實用新型的礦用通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。 \n[0013] 圖2為本實用新型的上位機主站結(jié)構(gòu)框圖。 \n[0014] 圖3為本實用新型的傳感器分站結(jié)構(gòu)框圖。 \n[0015] 圖4為本實用新型的電源模塊電路圖。 \n[0016] 圖5為本實用新型的LCD顯示模塊電路圖。 \n[0017] 圖6為本實用新型的電平變換模塊電路圖。 \n[0018] 圖7為本實用新型的CC2530最小系統(tǒng)電路圖。 \n[0019] 圖8為本實用新型的溫濕度傳感器模塊電路圖。 \n[0020] 圖9為本實用新型的電壓互感器模塊電路圖。 \n[0021] 圖10為本實用新型的電流互感器模塊電路圖。 \n[0022] 圖11為本實用新型的瓦斯傳感器模塊電路圖。 \n[0023] 圖12為本實用新型的氣壓傳感器模塊電路圖。 \n具體實施方式\n[0024] 如圖1所示，基于Zigbee技術(shù)的煤礦通風(fēng)機無線監(jiān)控系統(tǒng)示意圖，它由2部分構(gòu)成：上位機主站和傳感器分站。上位機主站結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，它由上位機、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和電源模塊組成，上位機和網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過USB相連；傳感器分站結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，它由傳感器模塊、終端節(jié)點和電源模塊組成，傳感器模塊和終端節(jié)點直接相連；煤礦通風(fēng)機需要監(jiān)控的各種參數(shù)通過安裝相應(yīng)的傳感器分站采集數(shù)據(jù)獲得，這些傳感器模塊包括：電壓互感器、電流互感器、溫濕度傳感器、氣壓傳感器和瓦斯傳感器。傳感器分站主要分別布置在風(fēng)機、風(fēng)道等各個便于準確采集數(shù)據(jù)的位置上。上位機主站設(shè)置在監(jiān)控室當中。 [0025] 如圖4所示是本實用新型電源模塊電路圖。其主要為提供電路中所需電源的作用，其中開關(guān)S1用來選擇是由外部供電還是內(nèi)部電池供電。F1為保險絲，用來保護電路防止電路中電流過大。 \n[0026] 網(wǎng)關(guān)節(jié)點由圖5，圖6和圖7的電路組成。圖5為本實用新型的LCD顯示模塊的電路圖，圖6為本實用新型的電平變換模塊的電路圖，圖7為本實用新型的CC2530最小系統(tǒng)電路圖。圖5中的LCD接口裝上LCD顯示屏之后可以顯示網(wǎng)關(guān)節(jié)點的工作狀態(tài)和相應(yīng)參數(shù)。\n圖6的電平轉(zhuǎn)換電路主要用于網(wǎng)關(guān)節(jié)點與上位機通信，網(wǎng)關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)電平為TTL電平，網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過電平轉(zhuǎn)換電路將TTL電平的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成USB的數(shù)據(jù)，然后發(fā)給上位機接收。圖\n7為CC2530最小系統(tǒng)電路圖，CC2530是整個網(wǎng)關(guān)節(jié)點的主控芯片，圖中電阻電容和晶振組成的最小系統(tǒng)使CC2530正常工作。其中C15，C16，C17，C18，C19，L1，L2和天線Y1組成了天線電路，CC2530通過天線電路發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)。 \n[0027] 終端節(jié)點由圖5和圖7的電路組成。圖5的LCD顯示模塊用于顯示工作狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，圖7的CC2530最小系統(tǒng)為整個溫濕度傳感器分站的主控單元，其中包括天線電路用于和網(wǎng)關(guān)節(jié)點進行無線通信。 \n[0028] 溫濕度傳感器分站由終端節(jié)點和溫濕度傳感器模塊組成。圖8為本實用新型的溫濕度傳感器模塊電路圖。圖8的溫濕度傳感器模塊用于采集通風(fēng)機的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通 過終端節(jié)點發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。 \n[0029] 電壓互感器分站由終端節(jié)點和電壓互感器模塊組成。圖9為本實用新型的電壓互感器模塊電路圖。圖9的電壓互感器模塊用于采集通風(fēng)機的電壓數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過終端節(jié)點發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。 \n[0030] 電流互感器分站由終端節(jié)點和電流互感器模塊組成。圖10為本實用新型的電流互感器模塊電路圖。圖10的電壓互感器模塊用于采集通風(fēng)機的電流數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過終端節(jié)點發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。 \n[0031] 瓦斯傳感器分站由終端節(jié)點和瓦斯傳感器模塊組成。圖11為本實用新型的瓦斯傳感器模塊電路圖。圖11的瓦斯傳感器模塊用于采集通風(fēng)機的瓦斯?jié)舛龋?shù)據(jù)通過終端節(jié)點發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。 \n[0032] 氣壓傳感器分站由終端節(jié)點和氣壓傳感器模塊組成。圖12為本實用新型的氣壓傳感器模塊電路圖。圖12的氣壓傳感器模塊用于采集通風(fēng)機的氣壓數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過終端節(jié)點發(fā)送給網(wǎng)關(guān)節(jié)點。