基于物聯網技術的礦山智能監控系統

王 珺，石彬彬

（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

1 系統的總體架構

本研究的目的是實現基于物聯網的智能監控系統。完成系統設計涉及兩項關鍵技術：物聯網技術和預測性預防性維護（PDM）。物聯網技術計劃的重點是將兩項關鍵技術集成到系統中。此智能監控系統主要包括無線傳感器網絡，地下監控中心，地面監控和故障診斷中心。其中有特殊功能的無線傳感器節點需要安裝在采礦設備主體的指定部位和液壓支架，用于收集采礦，液壓支架和其他設備的一些工作信號和參數。例如監測到的切割電機的電流與溫度，牽引電機電流與溫度，行走的位移數以及環境中一氧化碳等氣體的實時濃度。收集到的信號往往由DSP處理，然后通過無線MESH網絡傳輸到交換機或無線AP，最后通過光纖繼續將其上傳到地面上的控制中心。控制中心分析和處理接收的信號。在此期間，任何參數都超過預設值，設備將發出報警信號。設備驅動程序和地面監控中心工作人員在實現后及時做出應急響應。

根據監控系統的三層體系結構及其自身的功能需求，將監控系統的結構設計為三個層面，分別為應用層，功能層和技術層。應用層主要用于實現制造，售后，產品，物流和現場管理等領域的監控。功能層是指監控系統應用后實現的功能。而技術層是用來實施監測系統的技術的發展。

2 系統硬件設計

2.1 Zig Bee設計

該系統的終端節點只能接收、發送與其本身有關的信息，它主要負責收集和傳輸設備本身的參數和工作環境參數。每個傳感器終端節點主要由傳感器模塊，微處理器模塊，無線通信模塊和電源模塊組成，其硬件結構如圖1所示。設備傳感器模塊用于信息收集，數據轉換，并且轉換后的數據被發送到微處理器模塊。微處理器主要負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理從其他節點收集的數據和數據；Zig Bee無線通信模塊負責與其他傳感器節點的無線通信，交換控制信息以及發送和接收數據。最終的電源模塊主要為傳感器節點提供所需的電源。由于每個監控節點應用于惡劣的工作環境，節點的電源電池通常不易更換。因此，需要具有大容量，長使用壽命和免維護操作的高性能電池。

2.2 WiFi技術 （無線保真協議）

WIFI技術是采礦中視頻監控和無線通信的理想選擇。通信速度一般為11 Mbit/s，通信距離為50m～100 m。在所研究的系統中，WIFI模塊硬件MAC層使用Atheros的AR2524芯片，而物理層使用帶有功率放大器的單芯片收發器UW2453芯片。WIFI技IEEE802.11X技術的調制解調采用直接序列擴頻技術，抗干擾能力強，數據傳輸速度快，傳輸速率最大可達108Mbps，數據傳輸距離達數百米，可用來組建大型無線網絡，但設備比較昂貴，技術比較復雜，其應用收到一定的限制。

2.3 系統軟件設計

基于物聯網背景下的多設備監控系統的設計中的軟件設計主要是依靠互聯網技術中的軟件處理技術以及計算機編程技術。該系統的軟件設計主要包括控制電路初始化程序，監控程序和Zig Bee無線節點程序。監控程序由VB6.0開發首先，對系統中具體的各個部分進行初始化，激活每一個無線傳感節點以及監控機器，收集他們工作時的狀態，接著對采集到的數據進行精確化處理，采集到的數據再繼續發送至ZigBee傳感節點。

此時調節器節點會自動確定系統的控制狀態。如果此節點處于手動的控制狀態，程序將會自動結束并由實地的控制工作站執行應有控制。如果處于自動控制的狀態，數據異常傳感器節點可以在現場報警，并通過ZigBee網絡，WIFI局域網以及光纖網絡傳輸給地面上的控制中心，交給他們分析處理、顯示并控制采礦系統的啟動和停止，調整牽引時速，姿態以及實時定位。

3 實驗分析論證

為保證本文提出的基于物聯網的多設備監控系統的設計方法對于機器設備的有效性，研究進行實驗論證，實驗論證采用對同一地區采用不同監控系統進行監控，實施論證實驗。為保證實驗的嚴謹性，先采用傳統的監控系統的方案，然后采用基于物聯網的多設備監控系統，即從電量消耗方面進行對比分析，對于準確性的高低結果曲線如圖1所示。

依據上圖分析得出，基于物聯網的多設備監控系統的設計與傳統的監測的電量消耗是截然不同的，物聯網背景下的多設備監控系統的設計更具有節約資源性、一致性和準確性，物聯網背景下的多設備監控系統設計對于各地區不同的監控結果也更具有說服力，而傳統的監測方法的準確性則不穩定，時高時低，而且耗時耗電更長更高，對于測試結果也具有干擾的作用。

4 結語

基于物聯網的企業監控技術是目前先進制造領域研究的熱點，在礦山開采方面，作為一種新型現代監控方式，它與傳統的礦山監控系統有所不同，在物聯網的時代背景下，物聯網的設備監控系統的設計不僅對企業內部制造工作的完成起到規范化、系統化的作用，還對整個監控系統起著創新作用，此研究在一定基礎上，也將為基于物聯網技術的礦山監控系統的開發奠定堅實的基礎。