基本信息
- 项目名称：
- 无线矿井安全监测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 设计一种无线矿井安全监测系统，运用ZigBee无线技术，ARM嵌入式技术解决现有矿井监测系统的诸多缺点。系统通过ZigBee无线网络传输数据，通过GSM网络发送报警短信，通过ARM嵌入式控制终端实现实时灵活监控，通过PC机实时显示并存储井下数据及控制监测点的开启与关闭。
- 详细介绍：
- 系统有两大部分构成：地面部分，井下部分 其中地面部分包括： 1.PC机（监控中心），用于管理系统； 2.ZigBee地面协调器，用于集中接收的数据； 3.用户电话，用于实时接收报警短信，可远程控制系统； 4.地面报警模块，出现险情时报警提示地面工作人员； 其中井下部分包括： 1.ARM嵌入式手持终端，用于移动监控和控制传感器节点 2.ZigBee路由节点，用于数据传输接力，也可以加传感器，增加监测点 3.ZigBee传感器节点（监测节点），和各种传感器相连，以监测井下安全因素 4.井下报警模块，出现险情时用于及时提醒井下工作人员 系统通过ZigBee无线组网，传感器实时采集井下气体浓度、温湿度等安全信息，通过ZigBee网络无线传输数据，发往监控中心，可在PC机和ARM嵌入式控制终端上显示实时信息，当出现险情时可通过GSM发送短信告知用户，短信内容包括超标数据和监测点的所在位置，同时地面和井下的声光报警器报警，及时告知用户险情，PC机界面显示遇险情况。可通过PC机、短信、ARM嵌入式控制终端控制监测节点的开启和关闭。随着网络的扩大，在整个无线网络中可增加路由节点，以实现数据远程传输，且监测节点可根据用户需要随意增加或移动。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 传统的矿井安全监控系统存在以下问题：有线通信方式布线复杂，劳动强度高；网络结构相对固定，不适合掘进工作面延伸的动态变化要求；监测点相对固定，容易出现监测盲区，工作现场的通信线路容易破坏，破坏后的恢复周期一般较长；通信线路维护成本高，造成部分煤矿出现边维护、边生产的违规现象甚至有些煤矿干脆不维护。传统的矿井安全监控系统很难达到动态的、全方位的监测，为了克服这些缺陷，提出采用无线传感器网络技术进行改进，建立矿井安全无线监控系统。 设计一种无线矿井安全监测系统，应用ZigBee无线技术，ARM嵌入式技术解决了现有矿井监测系统的诸多缺点。系统通过ZigBee无线网络传输数据，通过GSM网络发送报警短信和控制井下监测点的开启与关闭及提取数据，通过ARM嵌入式手持终端实现实时灵活监控。系统具有结构简单、成本低、灵活度大、使用周期长等特点，将得到很好的应用。 系统通过ZigBee无线组网，传感器实时采集井下气体浓度、温湿度等安全信息，通过ZigBee网络无线传输数据，发往监控中心，并在PC机和ARM嵌入式手持移动终端上显示实时信息，当出现险情时可通过GSM发送短信告知用户，短信内容包括超标数据和监测点的所在位置，同时地面和井下的声光报警器报警，即使告知用户险情，PC机界面显示遇险情况。可通过PC机、通过手机发送短信、ARM嵌入式手持移动终端控制监测节点的开启和关闭，还可通过PC机随时提取以往的监测数据，大大提高了系统的性能。
科学性、先进性
- 系统利用ZigBee构成的无线网络进行数据传输，解决了有线传输的弊端；通过ARM控制终端控制监测节点的开启和关闭，实时显示信息，解决了系统监控的局限性；GSM远程报警提示，监测节点灵活移动，提高系统灵活性。ZigBee具有低功耗、低成本、通信安全可靠、网络容量大等特点，网络中每个节点之间可相互通信，网路中节点的退出不会影响整个网络。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年申请实用新型专利
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 现场演示、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 系统传感器采集信息，ZigBee无线网络传输传输数据，ARM控制终端、PC机显示实时数据。出现险情时，监控中心声光报警器报警，GSM发送报警信息。用ARM控制终端、PC机控制采集节点的关闭和开启。系统解决了现有监测系统的诸多缺点，可用其替换现有的监测系统。系统采用的ZigBee技术应用前景广泛，未来几年里将在工业控制、智能家居、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子、医用设备控制等多个领域中被应用。
同类课题研究水平概述
- 传统的矿井安全监控系统存在以下问题：有线通信方式布线复杂，劳动强度高；网络结构相对固定，不适合掘进工作面延伸的动态变化要求；监测点相对固定，容易出现监测盲区，工作现场的通信线路容易破坏，破坏后的恢复周期一般较长；通信线路维护成本高，造成部分煤矿出现边维护、边生产的违规现象甚至有些煤矿干脆不维护。传统的矿井安全监控系统很难达到动态的、全方位的监测。 目前国内矿井安全监测主要是采用将传感器安装到指定位置，人员定期巡检手工采集信息，由巡检员带到地面进行分析。还有就是巡检员携带手持检测设备到达指定地点，手持设备自动检测瓦斯浓度等环境参数并记录下来，再由巡检员带回地面分析。例如成都酷安科技有限公司生产的YJG型光学甲烷巡检网络监管系统，就是通过巡检员手持设备上的光学甲烷检测仪收集瓦斯信息，并将所检测到的瓦斯数据及瓦斯检测员的整个检测过程完整记录下来。另外北京华信协同科技有限责任公司也推出煤矿安全数字化智能巡检系统，它同样需要瓦检员亲自到达指定地点收集信息。 而Zigbee是一种近年来才兴起的无线网络通信技术标准，它出现的时间较短，2004年底才由Zigbee联盟发布了1.0版本规范，尚未进入大规模的商业化生产和应用；但是ZigBee低成本、低功耗和易部署的技术特点为它的应用和推广打下了良好基础。目前，ZigBee技术已经作为模块解决方案用于大规模生产。到目前为止，ZigBee在数字家庭的应用量还不是很大，现主要应用还是在家电遥控、灯光控制、门禁领域。未来ZigBee应用将向灯光控制、便携设备领域拓展。在两三年内一些手持式设备将会采用ZigBee芯片，进行家电控制、小额付款等。ZigBee芯片也将更多地与一些终端产品的芯片进行集成。无线测控系统的市场发展迅速，最近业界也掀起了一场无线应用的革命，我国也不甘落后，开发了一系列用于粮情监控、水文气象远程实时监控等无线测控系统，自从Zigbee技术诞生之日起，它的低成本、小体积、低消耗等特点就成为人们关注的焦点，目前，基于Zigbee技术的无线温湿度测控技术已经成为产品竞争力的一个重要因素。我国已提出了基于Zigbee技术的无线温湿度测控系统完整的解决方案，相信在不远的将来这种系统会在各种应用中发作用。但是目前，将Zigbee技术应用于矿井安全监测的还几乎没有。
