矿井环境参数应急无线采集设备及采集方法.pdf

本发明涉及一种矿井环境参数应急无线采集设备及采集方法。该设备包含投射装置(7)、前端采集装置(2)和手持装置(1)，前端采集装置(2)包括第一主控单元、无线收发模块及传感元件；手持装置(1)包括第二主控单元、无线收发模块、蜂鸣器、显示单元及海量存储单元。使用该设备进行环境参数采集的方法为：使用投射装置(7)进行前端采集装置(2)的投射，前端采集装置(2)采集环境信息，通过无线传输链路(3)发送给手持装置(1)接收，手持装置(1)显示并存储，如果数据超限则蜂鸣器报警。使用本发明可以实现环境信息远程无线自动采集，有效防止矿井事故的发生。

1.  一种矿井环境参数应急无线采集设备，其特征在于该设备由以下部分组成：
(1)前端采集装置(2)，包括第一主控单元(4)和与第一主控单元(4)相连的无线收发模块，传感元件：
第一主控单元(4)：用于通过A/D转换得到传感元件实时采集所处环境的信息，打包信息数据，控制无线收发模块无线发送数据；
无线收发模块：用于将环境参数通过无线传输链路(3)发送；
传感元件：用于进行环境参数的检测；
(2)手持装置(1)，包括第二主控单元(5)和与第二主控单元(5)相连的无线收发模块、显示单元和蜂鸣器：
第二主控单元(5)：用于控制无线收发模块建立与前端采集装置(2)的无线通信，接收环境数据信息，控制显示单元显示数据并且将数据存储到海量存储单元中；
无线收发模块：用于接收无线传输链路(3)中传送的环境参数；
显示单元：用于显示收集到的前端发送过来的环境参数；
蜂鸣器：用于参数超限时报警；
海量存储单元：用于将现场采集到的数据存储起来以便进行回放及处理；
(3)投射装置(7)：包括投射器和投射仓，投射器通过机械储能装置的能量释放完成投射仓的投放，投射仓用于安装前端采集装置进行投射，该投射装置具备缓冲设计，投射装置中的投射仓为消耗品。

2.  根据权利要求1所述的矿井环境参数应急无线采集设备，其特征在于所述传感元件为瓦斯传感器、温度传感器和一氧化碳传感器中的一种或几种。

3.  根据权利要求1所述的矿井环境参数应急无线采集设备，其特征在于所述显示设备为LCD显示器。

4.  根据权利要求1所述的矿井环境参数应急无线采集设备，其特征在于所述第一主控单元(4)包括CPU，与CPU相连的电源模块、存储单元和时钟模块；
电源模块为第一主控单元(4)提供直流5V电源；
CPU负责接收传感元件采集的环境参数数据、对数据运算处理及发送；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第一主控单元(4)提供系统时钟。

5.  根据权利要求1所述的矿井环境参数应急无线采集设备，其特征在于所述第二主控单元(5)包括CPU，与CPU相连的电源模块、存储单元和时钟模块；
电源模块为第二主控单元(5)提供直流5V电源；
CPU处理器负责接收环境参数信息，对数据进行显示及保存；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第二主控单元(5)提供系统时钟。

6.  利用权利要求1所述采集设备进行矿井环境参数应急无线采集的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将前端采集装置(2)固定于投射装置(7)的投射仓中进行投射，使前端采集装置(2)到达矿井内部；
(2)前端采集装置(2)通过传感元件采集环境参数数据，通过无线收发模块将数据发送到无线传输链路(3)中；
(3)手持装置(1)通过无线收发模块接收环境参数数据，通过显示单元对数据进行显示并且通过海量存储单元存储，如果数据超限则蜂鸣器发声报警。

矿井环境参数应急无线采集设备及采集方法
技术领域
本发明涉及一种矿井环境参数的采集设备及采集方法，特别是涉及一种矿井下使用的，可实现应急情况下瓦斯、温度及一氧化碳无线采集的矿井环境参数应急无线采集的设备和采集方法。
背景技术
多年来，每当矿山出现安全事故后，由于井下原有的信息采集设备完全切断，井下救援工作对于未知区域的相关参数采集是通过救护队员冒着生命危险实地采集，不能直接进行分析等。例如中国实用新型专利(专利号200420029054.2)提出的一种气体检测报警仪，需要人员携带进行检测。由于环境情况不明，亲自到达信息采集点采集环境信息，存在发生二次灾害威胁救护人员的人身安全等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种矿井环境参数应急无线采集的设备和采集方法，使用该矿井环境参数应急无线采集设备及采集方法可实现矿井环境参数的远程无线自动采集。
本发明采用的技术方案是：一种矿井下环境参数应急无线采集设备，包括以下部分：
(1)前端采集装置，包括第一主控单元和与第一主控单元相连的无线收发模块，传感元件：
第一主控单元：用于通过A/D转换得到传感元件实时采集所处环境的信息，打包信息数据，控制无线收发模块无线发送数据；
无线收发模块：用于将环境参数通过无线传输链路发送；
传感元件：用于进行环境参数的检测；
(2)手持装置，包括第二主控单元和与第二主控单元相连的无线收发模块、显示单元和蜂鸣器：
第二主控单元：用于控制无线收发模块建立与前端采集装置的无线通信，接收环境数据信息，控制显示单元显示数据并且将数据存储到海量存储单元中；
无线收发模块：用于接收无线传输链路中传送的环境参数；
显示单元：用于显示收集到的前端发送过来的环境参数；
蜂鸣器：用于环境参数超限时报警；
海量存储单元：用于将现场采集到的数据存储起来以便进行回放及处理；
(3)投射装置：包括投射器和投射仓，投射器通过机械储能装置的能量释放完成投射仓的投放，投射仓用于安装前端采集装置进行投射；该投射装置具备缓冲设计，投射装置中的投射仓为消耗品。
本发明矿井环境参数应急无线采集设备，所述传感元件选自以下的一种或几种：瓦斯传感器、温度传感器或一氧化碳传感器。
本发明所述显示设备为LCD显示器。
本发明所述第一主控单元包括CPU，与CPU相连的电源模块、存储单元和时钟模块：
电源模块为第一主控单元提供直流5V电源；
CPU负责接收传感元件采集的环境参数数据、对数据运算处理及发送；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第一主控单元提供系统时钟。
本发明所述第二主控单元包括CPU，与CPU相连的电源模块、存储单元和时钟模块：
电源模块为第二主控单元提供直流5V电源；
CPU处理器负责接收环境参数信息，对数据进行显示及保存；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第二主控单元提供系统时钟。
本发明的另一目的是提供一种矿井环境参数应急无线采集方法，该方法包括以下步骤：
(1)将前端采集装置固定于投射装置的投射仓中进行投射，使前端采集装置到达矿井内部；
(2)前端采集装置通过传感元件采集环境参数数据，通过无线收发模块将数据发送到无线传输链路中；
(3)手持装置通过无线收发模块接收环境参数数据，通过显示单元对数据进行显示并且通过海量存储单元存储，如果数据超限则蜂鸣器发声报警。
本发明具有现场环境参数远程无线自动采集，环境参数检测结果可以通过无线传输链路快速接收、准确方便，并且使用该设备进行信息采集的方法具有安全，高效的优点。
下面通过附图和实施案例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图；
图2为本发明前端采集装置和手持装置硬件结构示意图；
图3为本发明应用结构示意图；
图4为本发明前端采集装置主线程流程示意图；
图5为本发明前端采集装置接收线程(从传感器接收)流程示意图；
图6为本发明前端采集装置发送线程流程示意图；
图7为本发明手持终端部分主线程流程示意图；
图8为本发明手持终端部分接收线程(从无线模块接收)流程示意图；
图9为本发明手持终端部分显示线程流程示意图；
图10为本发明手持终端部分报警线程流程示意图。
附图标记说明：
1-手持装置；        2-前端采集装置；    3-无线传输链路；
4-第一主控单元；    5-第二主控单元；    6-井下救援基地PC；
7-投射装置。
具体实施方式
实施例1：矿井下瓦斯浓度无线采集的设备和方法。
如图1所示，本发明包括三部分：前端采集装置2、手持装置1和投射装置7，前端采集装置2和手持装置1之间通过无线传输链路3进行数据传送。
一种矿井下瓦斯浓度无线采集的设备，包括以下部分：
(1)前端采集装置2，如图2所示，包括第一主控单元4和与第一主控单元4相连的无线收发模块，传感元件：本实施例中传感元件采用瓦斯传感器；
第一主控单元4：用于通过A/D转换得到传感元件实时采集所处环境的信息，打包信息数据，控制无线收发模块无线发送数据；
无线收发模块：用于将环境参数通过无线传输链路发送；
传感元件：用于进行环境参数的检测；
(2)手持装置1，如图2所示，包括第二主控单元5和与第二主控单元相连的无线收发模块、显示单元和蜂鸣器：
第二主控单元5：用于控制无线收发模块建立与前端采集装置2的无线通信，接收环境数据信息，控制显示单元显示数据并且将数据存储到海量存储单元中；
无线收发模块：用于接收无线传输链路中传送的环境参数；
显示单元：用于显示收集到的前端发送过来的环境参数；
蜂鸣器：用于参数超限时报警；
海量存储单元：用于将现场采集到的数据存储起来以便进行回放及处理；
(3)投射装置7：包括投射器和投射仓，投射器通过机械储能装置的能量释放完成投射仓的投放，投射仓用于安装前端采集装置2进行投射；该投射装置7具备缓冲设计，投射装置7中的投射仓为消耗品。
本实施方式中投射装置7对前端采集装置2进行投射；该投射装置7包括投射器和投射仓，投射器通过机械储能装置的能量释放完成投射仓的投放，并能分级控制投放距离(10米，30米，50米，100米四档)，工作时首先将前端采集装置2固定于投射仓中，投射仓具备缓冲设计，保护前端采集装置2在投射过程中免于撞击损毁，丧失功能。投射仓为消耗品。
如图3所示，当发生危机时，矿井环境参数应急无线采集设备可以和井下救援基地PC6结合使用，井下救援基地PC6可以对手持装置1采集到的数据进行深度分析处理，并且可以和其他系统连接，通过对采集数据的分析对后续操作进行指导。
矿井下瓦斯浓度无线采集的设备，显示设备为LCD显示器。
矿井下瓦斯浓度无线采集的设备，其所述第一主控单元4包括电源模块、CPU、存储单元、时钟模块；
电源模块：为直流5V电源；
CPU负责对单元的控制、运算、处理等功能；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第一主控单元4提供系统时钟。
矿井下瓦斯浓度无线采集的设备，其所述第二主控单元5包括电源模块、CPU、存储单元、时钟模块；
电源模块：为直流5V电源；
CPU处理器负责对单元的控制、运算、处理等功能；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第二主控单元5提供系统时钟。
矿井环境参数应急无线采集的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1)将前端采集装置2固定于投射装置7的投射仓中进行投射，使前端采集装置2到达矿井内部；
2)前端采集装置2通过瓦斯传感器采集环境参数数据，通过无线收发模块将数据发送到无线传输链路3中；
3)手持装置2通过无线收发模块接收瓦斯浓度数据，通过显示单元对数据进行显示并且通过海量存储单元存储，如果数据超限则蜂鸣器发声报警。
利用矿井下瓦斯浓度无线采集的设备进行参数采集的方法，其前端采集装置2采用多线程实现模块化：主线程、接收子线程(接收传感元件数据)、发送子线程。
主线程软件的工作步骤如图4所示：
1.初始化串口，设定波特率、端口流控制、数据位数、停止位位数、无软硬件流控等；
2.启动空闲任务(节电模式)，检测串口指令；
3.判断是否为采集指令？
4.若不是采集指令，返回到2。
5.若为采集指令，则启动配置无线模块，建立无线通信，同时启动接收子线程(接收传感元件数据)、发送子线程；
6.等待线程结束。
接收子线程(接收传感元件数据)的工作步骤如图5所示：
1.启动接收子线程；
2.进行模数转换(传感元件传送过来的是模拟量)；
3.读取寄存器值电压值d；
4.计算瓦斯浓度u；
5.将u转换为字符串v；
6.判断是否结束？
7.是，则退出子线程；
8.否，则返回到2。
发送子线程的工作步骤如图6所示：
1.启动发送线程；
2.判断v是否为空？
3.若v为空，则返回到2；
4.若v不为空，判断u≥k？
5.若大于等于，则向串口(无线模块)发送字符串“warning！TheC H4 density is over the safe line！”，同时向串口发送数据v；
6.若小于等于，则只向串口发送数据v；
7.判断是否结束？
8.若不结束，则返回到2；
9.若结束，则退出线程。
对于手持装置同样采用无线模块经数据接口与主控单元CPU连接，主控单元在嵌入式操作系统上进行嵌入式系统开发。手持装置软件应该包括数据接收，数据显示，数据存储以及判断报警等功能。
利用矿井下瓦斯浓度无线采集的设备进行参数采集的方法，所述手持装置1同样也采用多线程实现模块化：主线程、接收子线程(接收集前端发送的瓦斯信息数据)、显示子线程、判断报警子线程。
主线程软件的工作步骤如图7所示：
1.初始化串口，设定波特率、端口流控制、数据位数、停止位位数、无软硬件流控等；
2.向串口发送采集指令；
3.读串口，是否有数据？
4.若无数据，则返回到2；
5.若有数据，则配置无线模块；
6.启动接收子线程、显示子线程、判断报警子线程；
7.等待线程结束。
接收子线程(接收集前端发送的瓦斯信息数据)的工作步骤如图8所示：
1.启动接收子线程；
2.读串口，接收瓦斯信息数据v；
3.判断数据是否结束？
4.若为否，则返回到2；
5.若为是，则存储数据到海量存储单元；
6.是否退出？
7.若为否，则返回到2；
8.若为是，则退出线程。
显示子线程的工作步骤如图9所示：
1.启动显示子线程；
2.判断v是否为空？
3.若v是空，则返回到2；
4.若v不为空，则在LCD上显示；
5.判断是否结束？
6.若不结束，则返回到2；
7.若结束，则退出线程。
判断报警子线程的工作步骤如图10所示：
1.启动判断报警子线程；
2.判断v是否为空？
3.若v是空，则返回到2；
4.若v不为空，则判断v是否超标k？
5.若v大于等于限度k，则在LCD上显示并启动蜂鸣器；
6.若v小于等于限度k，则只在LCD上显示数值；
7.判断是否结束？
8.若不结束，则返回到2；
9.若结束，则退出线程。
实施例2：矿井下温度无线采集的设备和方法：
如图1所示，本发明包括三部分：前端采集装置2、手持装置1和投射装置7。
一种矿井下温度无线采集的设备，包括以下部分：
(1)前端采集装置2，如图2所示包括第一主控单元4和与第一主控单元4相连的无线收发模块，传感元件，本实施例中传感元件为温度传感器；
第一主控单元4通过A/D转换得到温度传感器实时采集所处环境的温度信息，然后打包数据，通过无线收发模块无线发送；
无线收发模块完成数据的传输；
温度传感器进行环境温度的检测；
(2)手持装置1：如图2所示包括第二主控单元5、无线收发模块、蜂鸣器、显示单元及海量存储单元；
第二主控单元5建立与前端采集装置的无线通信，接收环境数据信息，在显示单元显示并且存储到海量存储单元中；
无线收发模块主要完成数据的传输；
显示单元显示收集到前端发送过来的环境参数；
蜂鸣器当参数超限时报警；
海量存储单元将现场采集到的数据存储起来以便带回地面进行回放及处理。
(3)投射装置7，对前端采集装置2进行投射；该投射装置7包括投射器和投射仓，投射器通过机械储能装置的能量释放完成投射仓的投放，并能分级控制投放距离(10米，30米，50米，100米四档)，工作时首先将前端采集装置2固定于投射仓中，投射仓具备缓冲设计，保护前端采集装置在投射过程中免于撞击损毁，丧失功能。投射仓为消耗品。
矿井下温度无线采集的设备，显示设备为LCD显示器。
矿井下温度无线采集的设备，其所述第一主控单元4包括电源模块、CPU、存储单元、时钟模块；
电源模块：为直流5V电源；
CPU负责对单元的控制、运算、处理等功能；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第一主控单元提供系统时钟。
矿井下温度无线采集的设备，其所述第二主控单元5包括电源模块、CPU、存储单元、时钟模块；
电源模块：为直流5V电源；
CPU处理器负责对单元的控制、运算、处理等功能；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第二主控单元5提供系统时钟。
矿井下温度无线采集的设备，其进行环境信息检测的方法为：
1)将前端采集装置2固定于投射装置7的投射仓中进行投射，使前端采集装置2到达矿井内部；
2)前端采集装置2通过传感元件采集环境参数数据，通过无线收发模块将数据发送到无线传输链路3中；
3)手持装置2通过无线收发模块接收环境参数数据，通过显示单元对数据进行显示并且通过海量存储单元存储，如果数据超限则蜂鸣器发声报警。
实施例3：矿井下一氧化碳和瓦斯无线采集的设备和方法：
如图1所示，本发明包括三部分：前端采集装置2、手持装置1和投射装置7。
如图2所示矿井下一氧化碳无线采集的设备，包括以下部分：
(1)前端采集装置2：包括第一主控单元4、无线收发模块及传感元件，本实施例中传感元件为一氧化碳传感器和瓦斯传感器；第一主控单元通过A/D转换得到传感元件实时采集所处环境的信息，然后打包数据，通过无线收发模块无线发送；
无线收发模块完成数据的传输；
一氧化碳传感器和瓦斯传感器进行环境参数的检测；
(2)手持装置1：包括第二主控单元5、无线收发模块、蜂鸣器、显示单元及海量存储单元；
第二主控单元5建立与前端采集装置的无线通信，接收环境数据信息，在显示单元显示并且存储到海量存储单元中；
无线收发模块主要完成数据的传输；
显示单元显示收集到前端发送过来的环境参数；
蜂鸣器当参数超限时报警；
海量存储单元将现场采集到的数据存储起来以便带回地面进行回放及处理。
矿井下一氧化碳和瓦斯浓度无线采集的设备，还包括一个投射装置7，对前端采集装置2进行投射；该投射装置7包括投射器和投射仓，投射器通过机械储能装置的能量释放完成投射仓的投放，并能分级控制投放距离(10米，30米，50米，100米四档)，工作时首先将前端采集装置2固定于投射仓中，投射仓具备缓冲设计，保护前端采集装置2在投射过程中免于撞击损毁，丧失功能。投射仓为消耗品。
矿井下一氧化碳和瓦斯浓度无线采集的设备，显示设备为LCD显示器。
矿井下一氧化碳和瓦斯浓度无线采集的设备，其所述第一主控单元4包括电源模块、CPU、存储单元、时钟模块；
电源模块：为直流5V电源；
CPU负责对单元的控制、运算、处理等功能；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第一主控单元4提供系统时钟。
矿井下一氧化碳和瓦斯浓度无线采集的设备，其所述第二主控单元5包括电源模块、CPU、存储单元、时钟模块；
电源模块：为直流5V电源；
CPU处理器负责对单元的控制、运算、处理等功能；
存储单元包括SDRAM和FLASH，实现数据的缓存；
时钟模块为第二主控单元5提供系统时钟。
矿井下一氧化碳和瓦斯浓度无线采集的设备，其进行环境信息检测的方法为：
1)将前端采集装置2固定于投射装置7的投射仓中进行投射，使前端采集装置2到达矿井内部；
2)前端采集装置2通过一氧化碳传感器和瓦斯传感器采集环境参数数据，通过无线收发模块将数据发送到无线传输链路3中；
3)手持装置2通过无线收发模块接收环境参数数据，通过显示单元对数据进行显示并且通过海量存储单元存储，如果数据超限则蜂鸣器发声报警。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。