基于Wince的井下便攜式無線移動終端的設計

金石煒，黃世明，劉洪岫

遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院，遼寧 葫蘆島 125105

0 引言

在礦井下固定的地方安裝監測傳感器，再通過很長的電纜把監測到的數據傳到煤礦上面的控制室，缺點是它只能測固定地方的數據信息，雖然固定監測系統大量使用，但是仍然有監測盲區，并且對于采掘面等一些危險地點，市場上還幾乎沒有能實現移動測量、無縫覆蓋的監測系統。

1 系統工作原理

通過井下的ZigBee網絡, 將分布于礦井不同工作面的瓦斯檢測節點的數據進行匯總，同時根據各個節點的瓦斯濃度狀況作出相應的處理。同時，將所有瓦斯濃度自動匯總記錄在便攜式無線移動終端數據庫中,便于監測分析。

2 系統的功能介紹

便攜無線移動終端的主要功能分為瓦斯監測、情況查詢、斷電控制、數據訪問、避難導航部分，其中，瓦斯監測主要用于對煤礦各站點的瓦斯監測，情況查詢主要用于對煤礦各站點綜合信息的查詢，其中包括各工作設備的通電情況等。斷電操作主要用于當某點瓦斯濃度過高時，對該部分進行斷電處理。數據訪問利用便攜式無線移動終端網絡功能遠程訪問相關數據庫，查詢歷史記錄，用以操作人員或者管理人員在突發情況下分析井下環境并作出決策。利用避難導航功能實現突發情況下的避難逃生時的緊急求救和路線選擇。

1）瓦斯監測操作

檢測人員可以在便攜式無線移動終端上選擇所關心的瓦斯監測區域，該區域的所有監測點的瓦斯濃度將在界面上顯示，操作人員可以直觀的觀察數據變化。

2）情況查詢操作

情況查詢功能可以實現對井下全局信息的查詢，以及對相關斷電控制后的信息反饋。檢測人員在便攜式無線移動終端上選擇所關心的相應井下位置，執行情況詢問操作。

3）斷電操作

按照煤礦井下斷電分級情況，斷電操作可為一級斷電操作，也可為二級斷電操作。在監測便攜式無線移動終端上選擇需要斷電的瓦斯監測地點，經操作確認，再選擇執行一級斷電操作還是二級斷電操作。下達斷電指令后，斷電控制系統執行斷電指令并將執行結果反饋到便攜式無線移動終端。

4）當便攜式無線移動終端連接互聯網絡后，操作人員可根據遠程數據訪問技術，對遠程數據庫進行訪問，查詢歷史記錄。

5）當操作人員遇到透水、瓦斯突出等危險事件時，可立即啟動導航避難系統，操作系統界面，選擇所處位置、危險等級、種類，系統將自行按照事先設定的程序給出最優逃生路徑，為使路徑更加簡單，由于當時情況緊急而難以分辨地點的特殊問題，設計智能導向器，跟據得出的路徑做出逃生指向，這樣操作人員只需根據指向器的指向逃生即可，并可隨時查看自己所處的坐標位置。

3 系統的應用范圍

經過實踐和研究分析得出，當井下出現以下情況時，需要通過便攜式無線移動終端對井下立即下達斷電指令：

1）當井下瓦斯超過斷電值時，瓦斯監控分站的一級斷電由于各種原因失敗，且二級斷電操作未動作，這種情況下需要通過便攜式無線移動終端緊急實施二級斷電。這種操作是在一級斷電功能因各種因素出現故障情況下而實施的二級緊急后備斷電。

2）出現非瓦斯（如水、頂板、火、運輸等）緊急災害情況,需要通過便攜式無線移動終端對井下工作區域直接進行一級或二級斷電操作。這種操作適用于瓦斯雖未超限，但由于在工作地點、采區甚至更大范圍內出現災害隱患時需立即強行斷電的情況。

3）當井下工作區域多個測點瓦斯長時間處于瓦斯臨界超限狀態時，為了確保安全生產，可通過便攜式無線移動終端進行一級斷電。這種操作適用于在臨界瓦斯超限地點為確保安全生產需進行局部范圍斷電控制的情況。

4 技術經濟分析

本設計采用了Labview嵌入式技術、ZigBee無線通信技術、數字濾波技術等手段，形成了一種應用于煤礦瓦斯監測新的數據獲取和處理方式，解決了有線監測系統在有些區域難以或者不能及時達到的問題，提高了系統的實時性和靈活性，實現了時間、地理、空間限制，將瓦斯管理控制于一掌手中，縮小并拉近對煤礦井下管理的時間、地理、空間限制，實現對煤礦井下瓦斯有效地監測與管理。

本文所闡述的技術創新項目，其意義在于借助有線與無線網絡通信技術，依靠智能無線監測移動終端，及時動態掌握煤礦井下災害異變以及涉及的范圍，并通過手持無線移動終端突破地理、時空限制，及時下達和執行井下的無線斷電控制指令，及時切斷井下供電電源，有效防止井下事故發生和災害的擴大。本項目對擴展煤礦的安全生產監管范圍與斷電控制范圍、預防井下事故發生和防止事故擴大具有重要的現實意義。

此外，本設計嘗試了新的嵌入式開發手段，利用Labview嵌入式技術對煤礦瓦斯監測便攜式無線移動終端進行系統設計，它簡化了嵌入式系統開發，能夠將專業領域內的前端設計轉化為實際的系統，而不再采用傳統的嵌入式編程方式以及其編程工具，簡化了嵌入式設計復雜性，提高了設計的開發效率，縮短了開發時間，提高了系統設計的可靠性和實時性。這種基于LabVIEW嵌入式模塊的智能測試設備的采集系統在機械、紡織、化工、生物、醫藥等行業都具有廣泛的應用前景。

便攜式無線移動終端的實時性、智能性、可靠性和安全性，將可解決井下瓦斯檢測不夠及時或者不準確而引起的安全事故的問題，有利于保證煤礦的安全生產，將會產生良好的社會效益，國內許多工業現場都需要無線監測便攜裝置，所以該便攜式無線移動終端具有很大的市場空間，必將會產生良好的經濟效益。

[1]覃磊，張杰.基于ZigBee技術的煤礦瓦斯監測系統[J].計量與測試技術，2007，34(1).

[2]周盼東.應用手持無線移動終端實現對煤礦井下的斷電控制[J].工礦自動化，2010，1(1).