專利名稱：煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種無線監(jiān)測裝置，特別是一種對煤礦環(huán)境參數(shù)和工況 參數(shù)的無線監(jiān)測裝置，屬于監(jiān)測領域。
技術(shù)背景井下環(huán)境參數(shù)包括瓦斯(CH,)、硫化氫(H2S)、 一氧化碳(C0)、溫度 (°C)、氧氣(02);工況參數(shù)包括煤礦井下大型機電設備，(如釆煤機、 刮板溜子、轉(zhuǎn)載機、皮帶機、液壓泵站、移動變電站、水泵等設備)的開/ 停、電壓、電流、溫度、功率等設備的運行及故障狀態(tài)?，F(xiàn)有的環(huán)境參數(shù)及 工況參數(shù)監(jiān)測的傳輸方式均為有線傳輸監(jiān)測，由于受有線傳輸制約，許多環(huán) 境參數(shù)和工況參數(shù)無法進行有線傳輸(如井下釆空區(qū)和綜釆工作面的環(huán)境參 數(shù)及采煤機在工作時的各種運行狀態(tài)及故障狀態(tài))。煤礦井下環(huán)境參數(shù)及主要機電設備工況參數(shù)監(jiān)測裝置主要布設在工作人 員可到達位置安裝的裝置，這種裝置主要依靠井下工作人員按煤礦安全規(guī)程 要求固定相關(guān)裝置到相應位置來監(jiān)測周圍的環(huán)境參數(shù)及機電設備工況參數(shù)。 特別是煤礦井下的采空區(qū)、綜釆工作面等，由于環(huán)境條件惡劣，環(huán)境參數(shù)及 工況參數(shù)監(jiān)測裝置無法安裝及傳輸，因此，井下釆空區(qū)、綜采工作面環(huán)境參 數(shù)監(jiān)測裝置無法安裝及傳輸，因此，井下釆空區(qū)、綜釆工作面環(huán)境參數(shù)及工 況參數(shù)無法進行實時監(jiān)測。在釆空區(qū)瓦斯的聚集是造成重大瓦斯爆炸事故的 主要隱患，極易造成人員的重大傷亡。同時在綜釆工作面的大型釆煤機的設 備工況參數(shù)的監(jiān)測及遠程故障診斷信號無法有效地傳輸，極易造成大型釆煤機設備損壞并停產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失。現(xiàn)有的煤礦井下大型機電設備，如刮板溜子、轉(zhuǎn)載機、皮帶機、液壓泵 站、移動變電站、水泵等均需要對其工況參數(shù)(如設備的開/停)進行工況參
數(shù)監(jiān)測，傳統(tǒng)的傳輸方式均為有線傳輸監(jiān)測，而且對遠程故障診斷的需求無 法進行。
釆煤機工況參數(shù)(電壓、電流、溫度、設備的運行及故障狀態(tài)等)，因 其特殊的往返移動式工作方式，無法進行有線傳輸監(jiān)測及滿足遠程故障診斷 的需求。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié) 構(gòu)簡單、傳輸信道可靠的遠距離無線監(jiān)測裝置，將其井下的瓦斯、硫化氫、 一氧化碳、溫度、氧氣等環(huán)境參數(shù)傳感器和機電設備工況參數(shù)傳感器配合使 用，實現(xiàn)遠距離環(huán)境參數(shù)和工況參數(shù)的監(jiān)測。
為此，本實用新型提供了一種煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置， 其特征在于，包括用于對煤礦環(huán)境參數(shù)和工況監(jiān)測參數(shù)進行釆集、編碼并通 過射頻發(fā)送器進行發(fā)送的前端釆集發(fā)射設備，用于對所述前端釆集發(fā)射設備 的信號進行接收的無線監(jiān)測器。
本實用新型采用無線技術(shù)對遠距離的井下環(huán)境參數(shù)和機電設備工況參數(shù) 進行監(jiān)測，避免了由于煤礦井下惡劣環(huán)境無法進行環(huán)境參數(shù)和井下機電設備 的工況參數(shù)的監(jiān)測，從而造成礦井重大事故的發(fā)生、人員傷亡和機電設備的 損壞。對井下環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測釆用無線監(jiān)測技術(shù)不僅僅是為節(jié)約大量有線電 纜，關(guān)鍵是它還將在礦井遇到重大災害時，破壞了有線傳輸系統(tǒng)，利用無線 監(jiān)測裝置及其自動組網(wǎng)技術(shù)可形成無線傳輸系統(tǒng)，仍然可對井下環(huán)境參數(shù)進 行安全監(jiān)測，是解決煤礦安全救援救災的重要監(jiān)測手段，在煤礦安全生產(chǎn)中 具有重要的意義。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
圖i為本實用新型第一優(yōu)選實施例的系統(tǒng)示意圖2為本實用新型前端釆集發(fā)射設備的結(jié)構(gòu)示意圖3為本實用新型無線監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為固定安裝于釆煤機工作面的前端采集發(fā)射設備的裝配示意圖； 圖5-1為本實用新型前端采集發(fā)射設備的電源電路圖； 圖5-2為本實用新型前端釆集發(fā)射設備的SDRAM存儲電路圖； 圖5-3為本實用新型前端采集發(fā)射設備的FLASH存儲電路圖； 圖5-4為本實用新型前端采集發(fā)射設備的傳感器接口電路圖； 圖5-5為本實用新型前端采集發(fā)射設備的射頻發(fā)送器接口電路圖； 圖6-1為本實用新型無線監(jiān)測器的電源電路圖； 圖6-2為本實用新型無線監(jiān)測器的射頻接收器接口電路圖； 圖6-3為本實用新型無線監(jiān)測器的USB接口電路圖；具體實施方式
圖1為本實用新型第一優(yōu)選實施例的系統(tǒng)示意圖。如圖1所示，本實用 新型包括用于對煤礦環(huán)境參數(shù)和工況監(jiān)測參數(shù)進行采集、編碼并通過射頻發(fā) 送器進行發(fā)送的前端采集發(fā)射設備1,用于對所述前端釆集發(fā)射設備的信號 進行接收的無錢監(jiān)測器2。圖2為本實用新型前端采集發(fā)射設備的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，前端采集發(fā)射設備1包括對煤礦環(huán)境參數(shù)或工況監(jiān)測參數(shù)進行感應并采集的傳感 器3，對傳感器3采集的電信號進行打包并編碼的釆樣控制模塊4，將釆樣控 制模塊4的輸出信號進行射頻發(fā)送的射頻發(fā)送器5。本實施例中，傳感器3 可為感應瓦斯(CH4)、硫化氫(H2S)、 一氧化碳(C0)、溫度(°C)、氧氣 (02)等的傳感器。上述實施例中，采樣控制模塊4可以為低功耗、主頻大于等于64兆赫茲 并支持WinCE、 Linux等操作系統(tǒng)的16/32位微處理器。本實施例中，采樣控 制模塊采用S3C44BOX處理器；所述射頻發(fā)送器為Zigbee (紫蜂技術(shù))射頻 發(fā)送器；操作系統(tǒng)采樣Linux系統(tǒng)。S3C44B0X處理器采用ARM7TDMI核心， 是一款低功耗、高性能16/32位RISC微處理器，主頻達64MHz，板載接口豐 富，支持juC/0S-I1和juCLinux等操作系統(tǒng)，160引腳LQFP封裝。內(nèi)核工作 電壓為2.5V, I/O 口和存儲電路工作電壓為3.3V。 S3C44B0X集成了大量的功 能單元，其中包括2個UART接口、 8通道10bitADC、電源控制功能、日歷功 能的實時時鐘、看門狗定時器、PLL時鐘產(chǎn)生器等。S3C44B0X將系統(tǒng)的存儲 空間分成8組(Bank),每組的大小是32MB，共256MB。 BankO到Bank5用 于ROM或SRAM， Bank6和Bank7用于ROM、 SRAM或SDRAM， S3C44B0X采用nGCS [7: 0]8個通用片選信號選擇這些組。各種環(huán)境參數(shù)和工況參數(shù)傳感器將釆集到 的環(huán)境參數(shù)工況參數(shù)信息傳送給處理器S3C44B0X,處理器對這些數(shù)據(jù)進行打 包處理(如設置時間、日期和設備編號等)后傳送至Zigbee模塊，然后通過無線方式發(fā)射出去。圖3為本實用新型無線監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，無線監(jiān)測器2包括接收前端采集發(fā)射設備1發(fā)送的射頻信號的射頻接收器6，對該射頻信 號進行解析、處理和比較判斷的處理器7，將所述處理器7處理后的信號傳 送到煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行顯示、存儲和報警的通信模塊。處理器7 的輸出信號分別輸出至進行顯示的顯示器8,輸出至用于保存所述輸出信號 的存儲模塊9，輸出至用于進行報警的報警模塊10。射頻接收器6可采用 Zigbee(紫蜂技術(shù))射頻接收器。本實施例中，采用S3C2410X處理器和Linux 操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。S3C2410X處理器是一款基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC 嵌入式處理器，主要面向手持式設備以及高性價比、低功耗的應用，具有存 儲管理單元(畫U),主頻可達203MHz，支持WinCE、 Lirmx等搡作系統(tǒng)，272 引腳FBGA封裝。S3C2410X集成了大量的功能單元，其中包括1個LCD控制 器、觸摸屏接口、 3個UART通道、2個USB主機接口和1個USB設備接口、 8 通道10bitADC、日歷功能的RTC、看門狗定時器、PLL時鐘產(chǎn)生器等。S3C2410X 將系統(tǒng)的存儲空間分成8組(Bank),每組的大小是128MB,共1GB。 BankO 到Bank5的開始地址是固定的，用于ROM或SRAM， Bank6和Bank7用于ROM、 SRAM或SDR細，這兩個組可編程且大小相同，S3C2410X采用nGCS[7: 0] 8個
通用片選信號選擇這些組。環(huán)境參數(shù)和工況參數(shù)數(shù)據(jù)通過Zigbee模塊接收到 以后送至處理器進行解析和處理，處理完畢后進行顯示、存儲和報警等操作。 顯示包括當前環(huán)境參數(shù)和工況參數(shù)數(shù)據(jù)的顯示和最近一段時間的一個變化曲 線的顯示，讓工作人員更直觀地了解最近一段時間環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和工況參數(shù) 的變化趨勢，提前做好預警預報工作。存儲是將最近一段時間內(nèi)的參數(shù)數(shù)據(jù) 保存，工作人員可以直接將手持監(jiān)測器境參數(shù)數(shù)據(jù)和工況參數(shù)的變化趨勢， 提前做好預警預報工作。存儲是將最近一段時間內(nèi)的參數(shù)數(shù)據(jù)保存，工作人 員可以直接將手持監(jiān)測器通過手持監(jiān)測器上的USB接口直接連接到PC機上來 讀取保存的數(shù)據(jù)文件，或直接在井下轉(zhuǎn)接入現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。 報警的主要目.的是當出現(xiàn)環(huán)境參數(shù)和工況參數(shù)信息超過用戶的規(guī)定值時，發(fā) 出告警，提示工作人員釆取預防措施，避免事故的發(fā)生或自動控制斷電等措 施。報警主要是當環(huán)境參數(shù)和工況參數(shù)超過或低于某一用戶設定的門限值時， 發(fā)出報警聲音或轉(zhuǎn)接入現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中。從而按煤礦有關(guān)安全 規(guī)程規(guī)定進行斷電控制和對機電設備故障狀態(tài)進行報警、顯示并通過互聯(lián)網(wǎng) 進行遠程診斷。上述實施例中，無線監(jiān)測器2可為手持移動式或固定式。圖4為固定安 裝于釆煤機工作面的前端采集發(fā)射設備的裝配示意圖。如圖4所示，前端采 集發(fā)射設備1通過RS232接口來釆集釆煤機11的參數(shù)，再經(jīng)無線鏈路發(fā)送至 無線監(jiān)測器2。圖5-1為本實用新型前端采集發(fā)射設備的電源電路圖。其中2.5V給 S3C44B0X處理器的內(nèi)核供電，3. 3V給處理器的I/O 口和其他集成芯片提供電圖5-2、 5-3為本實用新型前端采集發(fā)射設備的存儲電路圖。使用了一片 1Mx 16bit的Flash和一片4M x 16bit的SDRAM，處理器通過nGCSO與片外的 Flash相連，地址線A1-A20與Flash的AO-A19相連，片外的SDRAM與處理 器的專用SDRAM片選信號nSCSO相連。
圖5-4為本實用新型前端采集發(fā)射設備的傳感器接口電路圖。傳感器數(shù)據(jù)通過Ul送入處理器S3C44B0X的串口 0,處理后的數(shù)據(jù)通過處理器的串口 1被送至射頻發(fā)送器。
圖5-5為本實用新型前端釆集發(fā)射設備的射頻發(fā)送器接口電路圖。
圖6-1為本實用新型無線監(jiān)測器的電源電路圖。其中1.8V給處理器的核供電，3. 3V給處理器的I/O 口和其他集成芯片提供電源。
圖6-2為本實用新型無線監(jiān)測器的射頻接收器接口電路圖。
圖6-3為本實用新型無線監(jiān)測器的USB接口電路圖，主要提供USB連接。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1. 一種煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括 用于對煤礦環(huán)境參數(shù)和工況監(jiān)測參數(shù)進行釆集、編碼并通過射頻發(fā)送器進 行發(fā)送的前端采集發(fā)射設備，用于對所述前端采集發(fā)射設備的信號進行接 收的無線監(jiān)測器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述前端釆集發(fā)射設備包括對煤礦環(huán)境參數(shù)或工況監(jiān)測參數(shù)進 行感應并釆集的傳感器，對所述傳感器采集的電信號進行打包并編碼的釆 樣控制模塊，將所述釆樣控制模塊的輸出信號進行射頻發(fā)送的射頻發(fā)送 器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述釆樣控制模塊為低功耗、主頻大于等于64兆赫茲并支持 WinCE和/或Linux操作系統(tǒng)的16/32位微處理器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述釆樣控制模塊為S3C44B0X處理器；所述射頻發(fā)送器為 Zigbee射頻發(fā)送器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述無線監(jiān)測器包括接收所述前端釆集發(fā)射設備發(fā)送的射頻信 號的射頻接收器，對所述射頻信號進行解析、處理和比較判斷的處理器， 所述處理器的輸出信號分別輸出至進行顯示的顯示器，輸出至用于保存所 述輸出信號的存儲模塊，輸出至用于進行報警的報警模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述處理器為低功耗、主頻大于等于203兆赫茲、支持WinCE 和/或Linux操作系統(tǒng)并具有存儲管理單元的處理器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述處理器為S3C2410X處理器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述無線監(jiān)測器包括接收所述前端釆集發(fā)射設備發(fā)送的射頻信 號的射頻接收器，對所述射頻信號進行解析和處理的處理器，將所述處理 器處理后的信號傳送到煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行顯示、存儲和報警的通 信模塊。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置， 其特征在于，所述射頻接收器為Zigbee射頻接收器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l、 5或8所述的煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述無線監(jiān)測器為手持移動式或固定式。
專利摘要本實用新型涉及一種煤礦環(huán)境參數(shù)及工況參數(shù)無線監(jiān)測裝置，包括用于對煤礦環(huán)境參數(shù)和工況監(jiān)測參數(shù)進行采集、編碼并通過射頻發(fā)送器進行發(fā)送的前端采集發(fā)射設備，用于對所述前端采集發(fā)射設備的信號進行接收的無線監(jiān)測器。對井下環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測采用無線監(jiān)測技術(shù)不僅僅是為節(jié)約大量有線電纜，關(guān)鍵是它還將在礦井遇到重大災害時，破壞了有線傳輸系統(tǒng)，利用無線監(jiān)測裝置及其自動組網(wǎng)技術(shù)可形成無線傳輸系統(tǒng)，仍然可對井下環(huán)境參數(shù)進行安全監(jiān)測，是解決煤礦安全救援救災的重要監(jiān)測手段，在煤礦安全生產(chǎn)中具有重要的意義。
文檔編號G08C17/02GK201022018SQ20072003120
公開日2008年2月13日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者偉 周, 弋 孫, 柏 宋, 華 朱 申請人:西安科技大學