專利名稱：基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井下人員定位、傳感和通信領(lǐng)域，尤其是一種基于低功耗短程無線自動(dòng)路由網(wǎng)絡(luò)的礦井下人員定位、傳感和通信系統(tǒng)、裝置和方法。
背景技術(shù)：
煤礦開采的關(guān)鍵是安全工作。防止瓦斯爆炸以及搶險(xiǎn)救人又是其中的關(guān)鍵。已有很多人設(shè)計(jì)了各種井下通信、傳感和人員定位的裝置與系統(tǒng)。如于斌、秦紹強(qiáng)提出的《礦山井下通訊系統(tǒng)》(中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)朇N02133023.9)和劉玉貞等提出的《井下無線通信系統(tǒng)》(中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)朇N03140128.7)，這兩種系統(tǒng)的工作依然依靠有線通信和供電，不僅有引爆瓦斯的潛在威脅，在出現(xiàn)事故后由于供電系統(tǒng)和有線通信線路被切斷(由于事故本身切斷或?yàn)楸苊庠俅瓮咚贡ǘ斯で袛?使得井下與井上不能保持通信。劉相春提出的《礦山井下無線感應(yīng)通訊系統(tǒng)》(中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)朇N02133023.9)也存在上述弊端。崔莉等提出的《一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下定位系統(tǒng)、裝置及方法》(中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)朇N200510071144.7)、趙澤等提出的《一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、裝置及方法》(中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)朇N200510071143.2)和費(fèi)璟昊等提出的《一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下語音通信系統(tǒng)、裝置及方法》(中國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)朇N200510011740.6)均是基于傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人員的井下定位系統(tǒng)、瓦斯氣體的監(jiān)測(cè)和語音通信，這些系統(tǒng)均采用有線與無線結(jié)合方式，在出現(xiàn)事故后由于供電系統(tǒng)和系統(tǒng)中的有線通信線路被切斷(由于事故本身切斷或?yàn)楸苊庠俅瓮咚贡ǘ斯で袛?，同樣使得井下與井上不能保持通信。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，具有本安防爆、不受井下動(dòng)力供電影響和出現(xiàn)瓦斯爆炸后也不易被切斷通信、布設(shè)簡(jiǎn)便、成本低廉、運(yùn)行可靠、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
為此，本發(fā)明的采用低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)組成井下定位通信系統(tǒng)。顧名思義，低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)是由若干低功耗的結(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，這些結(jié)點(diǎn)采用無線方式并能夠自動(dòng)路由地進(jìn)行任意一點(diǎn)對(duì)其他另一點(diǎn)的通信。這樣，即使是個(gè)別或若干結(jié)點(diǎn)由于移動(dòng)超出了最初的相鄰結(jié)點(diǎn)的通信距離或由于某種原因被損壞，剩余結(jié)點(diǎn)只要相互通信的兩結(jié)點(diǎn)之間路徑上各相鄰結(jié)點(diǎn)在通信距離以內(nèi)，則可以保證他們相互之間通信的暢通。由于各結(jié)點(diǎn)的低功耗，即使是井下供電系統(tǒng)被切斷，網(wǎng)絡(luò)依然可以依靠自身的備用電源保持較長(zhǎng)時(shí)間的通信。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的固定結(jié)點(diǎn)(3)結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)(由井下工作人員攜帶)結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明的固定結(jié)點(diǎn)(3)的工作流程圖。
圖5為本發(fā)明的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)(由井下工作人員攜帶)工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)采用低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)。低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)由兩種結(jié)點(diǎn)構(gòu)成固定結(jié)點(diǎn)(3)和移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)。其中至少有一個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)通過電纜(2)連接到井上的監(jiān)控中心(1)。固定結(jié)點(diǎn)(3)和移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)的控制核心是微功耗單片機(jī)(CPU)，這里采用美國(guó)TI公司的MSP430。這兩種結(jié)點(diǎn)的低功耗短程自動(dòng)路由無線通信采用ZIGBEE(智蜂)器件，型號(hào)是美國(guó)飛思卡爾公司出品的MC1320X。結(jié)點(diǎn)也可以采用集成單片機(jī)與低功耗短程自動(dòng)路由無線通信器件(ZIGBEE)為一體的器件，如美國(guó)飛思卡爾公司出品的MC1321X，或Ember公司的EM250。
由于采用自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)，任意兩結(jié)點(diǎn)之間的通信會(huì)自動(dòng)地選擇最佳的路徑。同時(shí)，由于相鄰兩結(jié)點(diǎn)之間的通信距離有限(短程)，因此，可以根據(jù)其通信路由確定結(jié)點(diǎn)的位置。
在圖1中，井上的監(jiān)控中心(1)通過電纜(2)連接到主巷道的一個(gè)或多個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)，該固定結(jié)點(diǎn)(3)或多個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)安裝在足夠安全的地方，即一旦出現(xiàn)塌方或瓦斯爆炸也不會(huì)對(duì)它造成損害的地方；但該結(jié)點(diǎn)又要放置到足夠巷道深遠(yuǎn)的地方，以節(jié)省僅僅用于通信的固定結(jié)點(diǎn)(3)數(shù)量。然后沿著巷道每隔10～50M放置一個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)，其兩固定結(jié)點(diǎn)(3)之間的最近放置距離不僅要保證它們之間能夠可靠通信，還需保證在出現(xiàn)事故或某個(gè)結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障是也能保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信。固定結(jié)點(diǎn)(3)的分布要遍及井下所有的地方，包括回風(fēng)巷和所有工作面以及棄用的巷道。換言之，固定結(jié)點(diǎn)(3)的安置數(shù)量要有足夠的安全冗余。每個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)的編號(hào)要有記錄并在井上的監(jiān)控中心(1)的模擬盤上顯示。
如圖2所示，每個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)除控制核心CPU和用于無線通信的ZIGBEE外，還有傳感器接口，用于連接測(cè)量瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、溫度、風(fēng)速等的傳感器；圖像接口，用于連接CCD圖像傳感器或其他圖像傳感器；語音接口，用于連接話筒和揚(yáng)聲器等作為語音通信用途。在某一固定結(jié)點(diǎn)(3)，上述三種接口可按實(shí)際情況選配。
配置語音接口的固定結(jié)點(diǎn)(3)中的通信控制按鈕K用于需要強(qiáng)制通信在遇有緊急情況時(shí)可以按下該按鈕與井上監(jiān)控中心(1)進(jìn)行語音通信，如果配置了圖像傳感器，還將自動(dòng)打開圖像傳感器并把現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸?shù)骄媳O(jiān)控中心(1)。
固定結(jié)點(diǎn)(3)采用雙重備份方式供電平時(shí)通過電源接口由巷道中的動(dòng)力電源線或其他電源線供電，一旦巷道中的動(dòng)力電源線或其他電源線被切斷，則自動(dòng)轉(zhuǎn)換由備份電池B供電。
如圖3所示，每個(gè)移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)除控制核心CPU和用于無線通信的ZIGBEE外，還可配置有圖像接口，用于連接CCD圖像傳感器或其他圖像傳感器；語音接口，用于連接話筒和揚(yáng)聲器等作為語音通信用途。在某一移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)，上述二種接口可按實(shí)際情況選配。
移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)中的通信控制按鈕K用于需要強(qiáng)制通信在遇有緊急情況時(shí)可以按下該按鈕與井上監(jiān)控中心(1)進(jìn)行語音通信，如果配置了圖像傳感器，還將自動(dòng)打開圖像傳感器并把現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸?shù)骄媳O(jiān)控中心(1)。
移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)采用礦燈的電池通過礦燈電池接口供電。
固定結(jié)點(diǎn)(3)的工作流程圖固定結(jié)點(diǎn)(3)的工作流程圖如圖4所示。在遇有緊急情況時(shí)，井下工作人員可以按下固定結(jié)點(diǎn)(3)中的通信控制按鈕K向井上監(jiān)控中心(1)報(bào)警，井上監(jiān)控中心(1)通過固定結(jié)點(diǎn)(3)發(fā)送來信息包中的首發(fā)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)可以確定井下報(bào)警位置。在報(bào)警的固定結(jié)點(diǎn)(3)配置有語音和/或圖像接口時(shí)，固定結(jié)點(diǎn)(3)還可以向井上監(jiān)控中心(1)傳送圖像信息和進(jìn)行語音通信。
如果固定結(jié)點(diǎn)(3)接收到其他固定結(jié)點(diǎn)(3)或移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)發(fā)來需轉(zhuǎn)送的信息，檢測(cè)信息包中的轉(zhuǎn)發(fā)地址是否有空，在第一個(gè)為空的轉(zhuǎn)發(fā)地址端添加本固定結(jié)點(diǎn)(3)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)，處理后將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。這樣，井上監(jiān)控中心(1)可以根據(jù)收到信息的轉(zhuǎn)發(fā)地址信息的來源及其傳遞路徑。如果信息包中的所有的轉(zhuǎn)發(fā)地址段都不為空，則直接將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。
如果定時(shí)檢測(cè)的時(shí)間到，固定結(jié)點(diǎn)(3)先將本結(jié)點(diǎn)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)發(fā)往井上監(jiān)控中心(1)，然后根據(jù)本結(jié)點(diǎn)配置有傳感器和/或圖像接口的有無確定對(duì)傳感器和/或圖像信息的檢測(cè)和將相應(yīng)的信息發(fā)往井上監(jiān)控中心(1)與否。
如果接收到井上監(jiān)控中心(1)的測(cè)試指令，固定結(jié)點(diǎn)(3)先將本結(jié)點(diǎn)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)發(fā)往井上監(jiān)控中心(1)，然后根據(jù)本結(jié)點(diǎn)配置有傳感器和/或圖像接口的有無確定對(duì)傳感器和/或圖像信息的檢測(cè)和將相應(yīng)的信息發(fā)往井上監(jiān)控中心(1)與否。
移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)的工作流程圖移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)的工作流程圖如圖5所示。在遇有緊急情況或需要時(shí)，井下工作人員可以按下移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)中的通信控制按鈕K向井上監(jiān)控中心(1)報(bào)警，井上監(jiān)控中心(1)通過該移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)發(fā)送來信息包中的首發(fā)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)和第一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)該信息的固定結(jié)點(diǎn)(3)的第一轉(zhuǎn)發(fā)地址可以確定移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)的身份和井下報(bào)警位置。在報(bào)警的移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)配置有語音和/或圖像接口時(shí)，移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)還可以向井上監(jiān)控中心(1)傳送圖像信息和進(jìn)行語音通信。
如果移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)接收到其他固定結(jié)點(diǎn)(3)或移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)發(fā)來需轉(zhuǎn)送的信息，檢測(cè)信息包中的轉(zhuǎn)發(fā)地址是否有空，在第一個(gè)為空的轉(zhuǎn)發(fā)地址端添加本固定結(jié)點(diǎn)(3)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)，處理后將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。這樣，井上監(jiān)控中心(1)可以根據(jù)收到信息的轉(zhuǎn)發(fā)地址信息的來源及其傳遞路徑。如果信息包中的所有的轉(zhuǎn)發(fā)地址段都不為空，則直接將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。
如果定時(shí)檢測(cè)的時(shí)間到，移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)先將本移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)發(fā)往井上監(jiān)控中心(1)，然后根據(jù)本結(jié)點(diǎn)配置語音和/或圖像接口的有無確定與井上監(jiān)控中心(1)進(jìn)行通信與否。
如果接收到井上監(jiān)控中心(1)的測(cè)試指令，移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)先將本移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)地址(結(jié)點(diǎn)代碼)發(fā)往井上監(jiān)控中心(1)，然后根據(jù)本結(jié)點(diǎn)配置語音和/或圖像接口的有無確定與井上監(jiān)控中心(1)進(jìn)行通信與否。
綜上所述，不論井下動(dòng)力電源正常與否，本發(fā)明均能夠通過傳感器對(duì)井下環(huán)境狀況與參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與井下人員保持通信并對(duì)其定位。這些功能對(duì)于井下安全生產(chǎn)與搶險(xiǎn)救護(hù)有著極其重要的作用。
權(quán)利要求
1.一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)由兩種結(jié)點(diǎn)構(gòu)成固定結(jié)點(diǎn)(3)和移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)。其中至少有一個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)通過電纜(2)連接到井上的監(jiān)控中心(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于結(jié)點(diǎn)的控制核心是微功耗單片機(jī)(CPU)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于結(jié)點(diǎn)中的無線通信電路采用低功耗短程自動(dòng)路由器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于結(jié)點(diǎn)采用集成單片機(jī)與低功耗短程自動(dòng)路由無線電路為一體的器件構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于固定結(jié)點(diǎn)(3)具有可檢測(cè)瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、溫度、風(fēng)速等的傳感器接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于固定結(jié)點(diǎn)(3)具有可檢測(cè)環(huán)境圖像等的圖像接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于固定結(jié)點(diǎn)(3)具有可用于語音通信用途的語音接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于固定結(jié)點(diǎn)(3)采用雙重備份方式供電平時(shí)通過電源接口由巷道中的動(dòng)力電源線或其他電源線供電，一旦巷道中的動(dòng)力電源線或其他電源線被切斷，則自動(dòng)轉(zhuǎn)換由備份電池B供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)具有可檢測(cè)環(huán)境圖像等的圖像接口。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)，其特征在于移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)具有可用于語音通信用途的語音接口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)的井下定位通信系統(tǒng)、裝置和方法。低功耗短程自動(dòng)路由無線網(wǎng)絡(luò)由兩種結(jié)點(diǎn)構(gòu)成固定結(jié)點(diǎn)(3)和移動(dòng)結(jié)點(diǎn)(4)。其中至少有一個(gè)固定結(jié)點(diǎn)(3)通過電纜(2)連接到井上的監(jiān)控中心(1)。該系統(tǒng)具有本安防爆、不受井下動(dòng)力供電影響和出現(xiàn)瓦斯爆炸后通信也不易被切斷、布設(shè)簡(jiǎn)便、成本低廉、運(yùn)行可靠、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。不論井下動(dòng)力電源正常與否，本發(fā)明均能夠通過傳感器對(duì)井下環(huán)境狀況與參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與井下人員保持通信并對(duì)其定位。這些功能對(duì)于井下安全生產(chǎn)與搶險(xiǎn)救護(hù)有著極其重要的作用。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1881815SQ200510016119
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月16日
發(fā)明者李剛 申請(qǐng)人:李剛