專利名稱：應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種煤礦井下設(shè)備的運行監(jiān)控系統(tǒng)，具體是一種應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在煤礦和水泥等行業(yè)的運輸系統(tǒng)中，長距離帶式輸送機占據(jù)著很重要的地位，長距離帶式輸送機通常帶有中間驅(qū)動相關(guān)的電氣設(shè)備及保護傳感器比較分散且相距較遠為保證輸送機可靠運行，關(guān)鍵要解決輸送機沿線各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和傳輸問題。目前我國普遍采用的礦山環(huán)境檢測系統(tǒng)都是以工業(yè)總線為基礎(chǔ)，井下檢測系統(tǒng)與地面監(jiān)控中心一般采用的礦山環(huán)境檢測系統(tǒng)都是以工業(yè)總線作為基礎(chǔ)，這些線路都要有專業(yè)人員建立和維 護。這些監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處為有線通信方式部件復雜，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對固定不適合動態(tài)變化的要求；其次有線檢測系統(tǒng)檢測參數(shù)單一，不能滿足實際需求；最后長距離通訊使得信號衰減嚴重，這些問題使得有線控制網(wǎng)絡(luò)在礦山檢測和控制領(lǐng)域的局限性越來越突出。在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)迅猛發(fā)展的當今社會，一個具有廣闊前景并且有意義的領(lǐng)域——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也正迅速的發(fā)展并逐漸走向成熟。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)把現(xiàn)代傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)和分布式信息處理等多個學科集合在一起，實現(xiàn)實時監(jiān)控、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種被檢測對象的信息數(shù)據(jù)，并對采集到的數(shù)據(jù)做一定的處理，從而達到獲取被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)準確的的信息的目的。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量的傳感器節(jié)點通過組網(wǎng)而成，這些節(jié)點密集的放置在目標區(qū)域中。傳感器節(jié)點是用于采集各類環(huán)境信息數(shù)據(jù)的智能微傳感器，它們集成數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊，通過自組織網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)組網(wǎng)。Zigbee技術(shù)是以IEEE802. 15. 4作為物理層(PHY)和介質(zhì)接入控制子層(MAC)規(guī)范，Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功率、低數(shù)據(jù)速率、低成本抗干擾能力強的雙向無線通訊技術(shù)，主要適合自動控制、傳感、監(jiān)控和遠程監(jiān)控等領(lǐng)域，是一種廉價的供固定、便攜或移動設(shè)備實用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術(shù)?；赯igbee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本特征如下I、具有自組織網(wǎng)絡(luò)能力；2、短距離廣播通信和多條路由；3、各個節(jié)點布置稠密、協(xié)作感知；4、由節(jié)點的退化和實效而頻繁改變布局；5、能量供應(yīng)、能量消耗、存儲空間都比較?。?、抗同頻干擾的能力，在低信噪比的環(huán)境下Zigbee具有很強的抗干擾性能。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于Zigbee的應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)構(gòu)建低成本、具有自組織能力、功耗低，避免傳統(tǒng)有線方式節(jié)點布置困難、系統(tǒng)成本高、安裝維修難度大的缺點。本實用新型的應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)包括有位于地面的地面中心站、位于井下的監(jiān)控分站、位于井下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、分布于井下的多個Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點、分布于皮帶機各檢測位置的Zigbee檢測節(jié)點；所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點與Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點為Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點，可逐級通過其他路由節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，或者當某一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中斷時自動通過其他路由節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信；每個Zigbee檢測節(jié)點可通過其他Zigbee檢測節(jié)點或直接與Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點通信；所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過數(shù)據(jù)總線與監(jiān)控分站通信，監(jiān)控分站通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面中心站進行數(shù)據(jù)交換。所Zigbee檢測節(jié)點是由微處理器TMS320LF2406A，外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊組成，TMS320LF2406A微處理器分別與數(shù)據(jù)采集模塊、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊、電源模塊相連接，射頻收發(fā)模塊通過天線與外界通 目。所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點由TMS320LF2406A微處理器、射頻收發(fā)模塊、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊組成，TMS320LF2406A微處理器分別與外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊、電源模塊相連接，射頻收發(fā)模塊通過天線與外界通信。所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器由微處理器、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊組成，微處理器分別與外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊、電源模塊相連接。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括用來監(jiān)測皮帶機溫度、速度、跑偏、堆煤、煙霧、張力、撕裂的測量傳感器。本實用新型可實現(xiàn)對井下皮帶機的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，在皮帶機檢測系統(tǒng)在惡劣的環(huán)境中工作，不會出現(xiàn)因為節(jié)點故障而不能工作的情況，節(jié)點運行良好保證了煤礦井下皮帶機的正常生產(chǎn)工作。除此之外還解決了監(jiān)測點分散、布線困難、實時性差、擴展性和靈活性不足等問題，保證了煤礦的安全生產(chǎn)、健康發(fā)展。

圖I是本實用新型系統(tǒng)中的Zigbee網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的Zigbee檢測節(jié)點的方框示意圖。
具體實施方式
如圖2所示本實用新型的系統(tǒng)由地面中心站、監(jiān)控分站、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點、Zigbee檢測節(jié)點組成。Zigbee檢測節(jié)點的數(shù)據(jù)采集模塊負責采集皮帶各個生產(chǎn)狀態(tài)信息，并將采集到的數(shù)據(jù)打包通過射頻收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)打包發(fā)送給相應(yīng)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點，Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點在通過多跳的方式將數(shù)據(jù)包發(fā)送給Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，Zigbee對所發(fā)送來的節(jié)點數(shù)據(jù)進行分析處理后通過串口通訊將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控分站，監(jiān)控分站在通過工業(yè)以太網(wǎng)與井上監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)交換。如圖I所示，本實用新型系統(tǒng)中，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多個Zigbee無線路由節(jié)點與Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，每個無線路由節(jié)點為Zigbee網(wǎng)站網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點，可逐級通過其他路由節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器是無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起者，當某條網(wǎng)絡(luò)中斷時自動通過其他皮帶機的路由節(jié)點與Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點自由的加入和退出無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的自組織和自恢復。每個Zigbee檢測節(jié)點根據(jù)設(shè)定與特定的Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點通信，當與之通信的Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點中斷，則自動通過其他的Zigbee檢測節(jié)點與其他Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點通信。如圖3所示，是本實用新型Zigbee檢測節(jié)的方框示意圖。Zigbee檢測節(jié)點是由微處理器TMS320LF2406A，外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊組成，TMS320LF2406A微處理器分別與數(shù)據(jù)采集模塊、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊、電源模塊相連接，射頻收發(fā)模塊通過天線與外界通信。TI公司的TMS320LF2406A芯片具有10個A/D轉(zhuǎn)換器保證了同時可以檢測多路信號以及SPI線用于和射頻收發(fā)模塊通信，且具有低功耗的工作模式。節(jié)點的射頻收發(fā)模塊采用的是ChipconCC2530無線射頻芯片，該芯片的低速率以及低功耗等特性特別適用于本系統(tǒng)，以上兩種芯片通過SPI總線相連接，DSP負責協(xié)議棧運行。本實用新型利用DSP芯片的特殊的尋址方式和指令，適合于數(shù)字信號處理，進一步減少了數(shù)字信號處理的時間。 本實用新型的Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點由TMS320LF2406A微處理器、射頻收發(fā)模塊、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊組成，TMS320LF2406A微處理器分別與外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊、電源模塊相連接，射頻收發(fā)模塊通過天線與外界通信。本實用新型的Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器由TMS320LF2406A微處理器、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊組成，微處理器分別與外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊、電源模塊相連接。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是它包括有位于地面的地面中心站、位于井下的監(jiān)控分站、位于井下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、分布于井下的多個Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點、分布于皮帶機各檢測位置的Zigbee檢測節(jié)點；所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點與Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點為Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點，可逐級通過其他路由節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信，或者當某一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中斷時自動通過其他路由節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信；每個Zigbee檢測節(jié)點通過其他Zigbee檢測節(jié)點或直接與Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點通信；所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過數(shù)據(jù)總線與監(jiān)控分站通信，監(jiān)控分站通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面中心站進行數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所Zigbee檢測節(jié)點是由微處理器，外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊組成，微處理器分別與數(shù)據(jù)采集模塊、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊、電源模塊相連接，射頻收發(fā)模塊通過天線與外界通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)據(jù)采集模塊包括用來監(jiān)測皮帶機溫度、速度、跑偏、堆煤、煙霧、張力、撕裂的測量傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點由微處理器、射頻收發(fā)模塊、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊組成，微處理器分別與外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊、電源模塊相連接，射頻收發(fā)模塊通過天線與外界通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器由微處理器、外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊電源模塊組成，微處理器分別與外部數(shù)據(jù)存儲模塊、射頻收發(fā)模塊、電源模塊相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、4、5之一所述的應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述微處理器均為TMS320LF2406A芯片。
專利摘要本實用新型涉及一種煤礦井下設(shè)備的運行監(jiān)控系統(tǒng)，具體是一種應(yīng)用無線傳感器的礦用皮帶機運輸過程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括有位于地面的地面中心站、位于井下的監(jiān)控分站、位于井下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、分布于井下的多個Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點、分布于皮帶機各檢測位置的Zigbee檢測節(jié)點；所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點與Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器形成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，Zigbee網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通信；網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過數(shù)據(jù)總線與監(jiān)控分站通信，監(jiān)控分站通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面中心站進行數(shù)據(jù)交換。本實用新型可實現(xiàn)對井下皮帶機的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，不會出現(xiàn)因為節(jié)點故障而不能工作的情況，還解決了監(jiān)測點分散、布線困難、實時性差、擴展性和靈活性不足等問題。
文檔編號H04W84/18GK202788927SQ201220293429
公開日2013年3月13日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者王雷, 顧寄南, 徐軍霞, 楊治, 謝娟娟, 張輝 申請人:鎮(zhèn)江中煤電子有限公司, 江蘇大學