基于礦燈的自動(dòng)組網(wǎng)無線預(yù)警系統(tǒng)

王克權(quán) 仲從建 滕道祥 張梳梳 王健

【摘要】本系統(tǒng)旨在解決礦工在礦井下的安全問題，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測礦井下瓦斯?jié)舛群蜏貪穸葦?shù)據(jù)，在瓦斯?jié)舛群蜏貪穸葦?shù)據(jù)異常時(shí)，Zigbee模塊自動(dòng)組網(wǎng)，不僅使礦上指揮臺(tái)接收到報(bào)警信息，而且能使井下礦工之間能互相接收到報(bào)警信息，每個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)不僅具有信息中轉(zhuǎn)功能，而且具有供電功能，系統(tǒng)具有功耗低、成本低、安全可靠、礦燈攜帶方便、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】礦燈；LED；Zigbee；組網(wǎng)

現(xiàn)有礦燈，大部分不具備無線通信功能，而具備無線通信功能的礦燈大部分不具備自動(dòng)組網(wǎng)功能。傳統(tǒng)無線通信礦燈是先將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街笓]臺(tái)，指揮臺(tái)經(jīng)過判斷，最后再提醒井下其他礦工，井下存在安全隱患。雖然亦能起到報(bào)警功能，但是礦上指揮中心不能準(zhǔn)確了解井下具體的信息，且井下其他礦工也不能立即知道井下的安全狀況，導(dǎo)致無法及時(shí)采取有效措施。存在靈活性差，成本高，可靠性差等問題。

本系統(tǒng)旨在解決現(xiàn)有礦燈存在的問題，提供一種基于礦燈的自動(dòng)組網(wǎng)無線預(yù)警系統(tǒng)，能夠檢測礦井下瓦斯?jié)舛群蜏貪穸刃畔ⅲ?dāng)瓦斯?jié)舛群蜏貪穸瘸迺r(shí)，Zigbee模塊[1]通過自動(dòng)組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善鞴?jié)點(diǎn)，由路由器節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)傳輸給其他礦工和礦上指揮臺(tái)，礦上指揮臺(tái)可通過液晶顯示器了解到礦井下精確的數(shù)據(jù)信息，并用LED指示燈和蜂鳴器對(duì)相應(yīng)狀況進(jìn)行報(bào)警。若發(fā)生塌方等礦難，遇險(xiǎn)難礦工可通過路由器節(jié)點(diǎn)處的充電口補(bǔ)充電能，提供必要的照明，等待救援人員的到來。

１系統(tǒng)組成部分

本系統(tǒng)主要由電源部分，照明部分，數(shù)據(jù)檢測部分，數(shù)據(jù)處理部分，無線通信部分，顯示報(bào)警部分。

電源部分，由鋰離子電池供電，穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)定的電壓，充電電路提供優(yōu)良的充電功能。

照明部分，由LED燈頭提供高效節(jié)能的照明功能。

數(shù)據(jù)檢測部分，由瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對(duì)礦工周邊環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測。

數(shù)據(jù)處理部分，由集成有模數(shù)轉(zhuǎn)換的微處理器先對(duì)檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)處理的結(jié)果做出動(dòng)作。

圖1系統(tǒng)流程圖

無線通信部分，由Zigbee模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，并進(jìn)行自動(dòng)組網(wǎng)。

顯示報(bào)警部分，由液晶顯示器對(duì)傳感器檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，方便礦上指揮臺(tái)對(duì)井下的情況有詳細(xì)的了解，并由LED燈和蜂鳴器對(duì)井下突發(fā)狀況進(jìn)行報(bào)警[2]。

2系統(tǒng)工作方式

系統(tǒng)工作流程圖見圖1。

礦燈整體構(gòu)造圖見圖２，礦燈采用聚合物鋰離子電池供電，采用高亮LED發(fā)光管作為光源，將鋰離子電池、充電電路、穩(wěn)壓電路集成在一體化的電池盒中，電池盒可通過充電口給鋰離子電池充電。總開關(guān)是礦燈設(shè)備的總開關(guān)，控制礦燈整個(gè)電路的開和關(guān)。燈開關(guān)是礦燈光源部分的開關(guān)，控制燈的亮和滅。燈頭不僅可通過電池盒供電，而且可通過路由器節(jié)點(diǎn)供電，見圖五，電源插頭可插在電池盒上的充電口，也可插在路由器節(jié)點(diǎn)的礦燈充電口，見圖３。

礦燈不僅是照明設(shè)備，而且是采集傳感器信息的設(shè)備，由瓦斯傳感器和溫濕度傳感器采集瓦斯?jié)舛群蜏貪穸刃畔ⅲㄟ^Zigbee自動(dòng)組網(wǎng)，將信息傳遞到路由器節(jié)點(diǎn)，再由路由器節(jié)點(diǎn)將信息傳遞到其他礦燈和礦上上位機(jī)控制臺(tái)，采集的信息超過設(shè)限范圍，礦燈和井上上位機(jī)控制臺(tái)都將通過蜂鳴器和LED指示燈進(jìn)行報(bào)警，礦上上位機(jī)控制臺(tái)的LCD顯示器將顯示所有傳感器采集到的信息的最大值，見圖4，并且每隔5分鐘清除所有數(shù)據(jù)，重新顯示采集到的最大值，便于礦上指揮人員采取適當(dāng)?shù)木仍胧?/p>

3附圖說明

圖1為礦燈頭；圖2為電池盒；圖3為路由器節(jié)點(diǎn)；圖4為上位機(jī)監(jiān)控端。

圖中標(biāo)號(hào)：1.LED燈頭；2.散熱片；3.塑料背板；4.瓦斯傳感器；5.固定槽；6.溫濕度傳感器；7.電源連接線；8.無線模塊及控制電路；9.線路板；10.固定螺絲槽；11.塑料背板；12.電源插槽；13.聚合物鋰離子電池；14.控制電路；15.充電口；16.密封型總開關(guān)；17.高亮LED燈；18.電源插槽；19.無線接收天線；20.無線模塊及控制電路；21.固定槽；22.鋰離子電池；23.電源密封型開關(guān)；24.密封型開關(guān)；25.電源線插孔；26.LED指示燈；27.無線接收天線；28.無線模塊及控制電路；29.液晶顯示器。

4結(jié)束語目前我國礦難時(shí)有發(fā)生，采礦安全越來越得到人們的重視。本系統(tǒng)基于礦燈開發(fā)一種自動(dòng)組網(wǎng)無線預(yù)警系統(tǒng)，有效的降低礦井下的安全隱患，隨著Zigbee無線通信技術(shù)的不斷成熟，該系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用將具有很大的發(fā)展前景。

【參考文獻(xiàn)】

［１］李康寧，李興．張向，等．基于NQR技術(shù)探測爆炸物實(shí)驗(yàn)中自動(dòng)調(diào)諧系統(tǒng)[J]．中國原子能科學(xué)研究院年報(bào)，2009（00）．

［２］刁莎，常曉清，陸瑢，等．基于ZigBee的電梯無線預(yù)警系統(tǒng)[J]．微型電腦應(yīng)用， 2012，12．

［責(zé)任編輯：薛俊歌］