应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统.pdf

本发明涉及一种煤矿井下设备的运行监控系统，具体是一种应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统。该系统包括有位于地面的地面中心站、位于井下的监控分站、位于井下的网络协调器、分布于井下的多个Zigbee网络路由节点、分布于皮带机各检测位置的Zigbee检测节点；所述Zigbee网络路由节点与Zigbee网络协调器形成网状网络，Zigbee网络路由节点与网络协调器通信；网络协调器通过数据总线与监控分站通信，监控分站通过工业以太网与地面中心站进行数据交换。本发明可实现对井下皮带机的工作状态进行实时监控，不会出现因为节点故障而不能工作的情况，还解决了监测点分散、布线困难、实时性差、扩展性和灵活性不足等问题。

权利要求书1.  一种应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统，其特征是：它包括有位于地面的地面中心站、位于井下的监控分站、位于井下的网络协调器、分布于井下的多个Zigbee网络路由节点，分布于皮带机各检测位置的Zigbee检测节点；多数Zigbee网络路由节点域Zigbee网络协调器网状网络，每个Zigbee网络路由节点为Zigbee网络中的路由节点，可逐级通过其他路由节点与网络协调器通信，或者当某一网络节点中断时自动通过其他路由节点与网络协调器通信；每个Zigbee检测节点可通过其他Zigbee检测节点或与Zigbee网络路由节点通信；所述网络协调器通过数据总线与监控分站通信，监控分站通过工业以太网与地面中心站进行数据交换。 2.  根据权利要求1所述的应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统，其特征是：Zigbee检测节点是由微处理器，外部数据存储模块、射频收发模块、数据采集模块、电源模块组成，微处理器分别与数据采集模块、外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接，射频收发模块通过无线与外界通信。 3.  根据权利要求2所述的应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统，其特征是：数据采集模块包括用来检测皮带机温度、速度、跑偏、堆煤、烟雾、张力、撕裂的测量传感器。 4.  根据权利要求1所述的应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统，其特征是：所述Zigbee网络路由节点由微处理器，射频收发模块、外部数据存储模块、电源模块组成，微处理器分别与外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接，射频收发模块通过无线与外界通信。 5.  根据权利要求1所述的应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统，其特征是：所述Zigbee网络协调器由微处理器、射频收发模块、外部数据存储模块、电源模块组成， 微处理器分别与外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接。 6.  根据权利要求2、4、5之一所述的应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统，其特征是，所述微处理器均为TMS320LF2406A。

说明书应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下设备的运行监控系统，具体是一种应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统。
背景技术
在煤矿和水泥等行业的运输系统中，长距离带式运输机占据着很重要的地位，长距离带式运输机通常有中间驱动相关的电器设备及保护传感器比较分散且相距较远为保证运输机可靠运行，关键要解决输送机沿线各设备之间的数据交换和传输问题。目前我国普遍采用的矿山环境检测系统都是以工业总线为基础，井下检测系统与地面监控中心一般采用矿山环境检测系统都是以工业总线作为基础，这些线路都要有专业人员建立和维护。这些监控系统的不足之处为有线通信方式部件复杂，网络结构相对固定不适合动态变化的要求；其次有线检测系统检测参数单一，不能满足实际需求；最后长距离通信使得信号衰减严重，这些问题使得有线控制网络在矿山检测和控制领域的局限性越来越突出。
在网络技术迅猛发展的当今社会，一个具有广阔前景并且有意义的领域—无线传感器网络也正迅速的发展并逐渐走向成熟。无线传感器网络技术把现代传感器技术，通信技术、嵌入式技术和分布式信号处理等多个学科集合在一起，实现实时监控，感知和采集网络分布区域内的各种被检测对象的信号数据。并对采集到的数据做一定的处理，从而达到获取被监控区域内准确的信息的目的。
无线传感器网络由大量的传感器节点通过组网而成，这些节点密集的放置在目标区域中。传感器节点是用于采集各类环境信息数据的智能微传感器它们集成数据采集模块、数据处理模块和通信模块，通过自组织网络实现组网。
Zigbee技术是以IEE802.15.4作为物理层（PHY）和介质接入控制子层（MAC）规范，Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功率、低数据率、低成本抗干扰能力强的双向无线通信技术，主要适合自动控制，传感、监控和远程监控等领域，是一种廉价的供固定、便携或移动设备实用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。
基于Zigbee的无线传感器网络的基本特征如下：
1.  具有自组织网络能力；
2.  短距离广播通信和多条路由；
3.  各个节点布置稠密、协作感知；
4.  由节点的退化和实效而频繁改变格局；
5.  能量供应、能量消耗、存储空间都比较小；
6.  抗同频干扰的能力，在低信噪比的环境下Zigbee具有很强的抗干扰性能。
发明内容
针对现有技术的局限性，本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于Zigbee的应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统，使系统构建低成本、具有自组织能力、功耗低，避免传统有线方式节点布置困难、系统成本高、安装维修难度大的缺点。
本发明的应用无线传感器的矿用皮带机运输过程监控系统包括有位于地面的地面中心站、位于井下的监控分站、位于井下的网络协调器、分布于井下的多个Zigbee网络路由节点，分布于皮带机各检测位置的Zigbee检测节点；多数Zigbee网络路由节点域Zigbee网络协调器网状网络，每个Zigbee网络路由节点为Zigbee网络中的路由节点，可逐级通过其他路由节点与网络协调器通信，或者当某一网络节点中断时自动通过其他路由节点与网络协调器通信；每个Zigbee检测节点可通过其他Zigbee检测节点或与Zigbee网络路由节点通信；所述网络协调器通过数据总线与监控分站通信，监控分站通过工业以太网与地面中心站进行数据交换。
所述Zigbee检测节点是由微处理器TMS320LF2406A，外部数据存储模块、射频收发模块、数据采集模块、电源模块组成， TMS320LF2406A微处理器分别与数据采集模块、外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接，射频收发模块通过无线与外界通信。
所述Zigbee网络路由节点由微处理器TMS320LF2406A，射频收发模块、外部数据存储模块、电源模块组成， TMS320LF2406A微处理器分别与外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接，射频收发模块通过无线与外界通信。
所述Zigbee网络协调器由微处理器、射频收发模块、外部数据存储模块、电源模块组成， 微处理器分别与外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接。
所述数据采集模块包括用来检测皮带机温度、速度、跑偏、堆煤、烟雾、张力、撕裂的测量传感器。
本发明可实现对井下皮带机的工作状态进行实时监控，在皮带机检测系统在恶劣的环境中工作，不会出现因为节点故障不能工作的情况，节点运行良好保证了煤矿井下皮带机的正常生产工作。除此之外还解决了检测点分散、布线困难、实时性差、扩展性和灵活性不足的问题，保证了煤矿的安全生产，健康发展。
附图说明
图1是本发明系统中的所述Zigbee网络的网状结构示意图；
图2是本发明的系统总体结构示意图；
图3是本发明的所述Zigbee检测节点的方框示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的系统由地面中心站，监控分站、网络协调器、Zigbee网络路由节点、Zigbee检测节点组成。Zigbee检测节点的数据采集模块负责皮带各个生产状态信息，并将采集到的数据打包通过射频收发模块将数据打包发送到相应的Zigbee网络路由节点，Zigbee网络路由节点在通过多跳的方式将数据包发送给Zigbee网络协调器，Zigbee对所发送来的节点数据进行分析处理后通过串口通讯将数据发送给监控分站，监控分站在通过工业以太网与井上监控中心进行数据交换。
如图1所示，本发明系统中，在无线传感器网络中多个Zigbee无线路由节点与Zigbee网络协调器形成网状网络，每个无线路由节点为Zigbee网站网络中的路由节点，可逐级通过其他路由节点与网络协调器通信，其中网络协调器是无线监控网络的发起者，当某条网络中断时自动通过其他皮带机的路由节点与Zigbee网络协调器通信，Zigbee网络路由节点自由的加入和退出无线监控网络，实现整个网络的自组织和自恢复。每个Zigbee检测节点根据设定与特定的Zigbee网络路由节点通信，当与之通信的Zigbee网络路由节点中断呢，则自动通过其他的检测节点与其他的Zigbee网络路由节点通信。
如图3所示，是本发明Zigbee检测节点的方框示意图。Zigbee检测节点是由微处理器TMS320LF2406A，外部数据存储模块、射频收发模块、数据采集模块、电源模块组成， TMS320LF2406A微处理器分别与数据采集模块、外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接，射频收发模块通过无线与外界通信。TI公司的TMS320LF2406A芯片具有10个A/D转换器保证了同时可以检测多路信号以及SPI线用于和射频收发模块通信，且具有低功耗的工作模式。节点的射频收发模块采用的是ChipconCC2530无线射频芯片。该芯片的低速率以及低功耗等特征特别适用于本系统，以上两种芯片通过SPI总线相连接，DSP负责协议栈运行。本发明利用DSP芯片的特殊的寻址方式和指令，适合于数字信号处理，进一步减少数字信号处理的时间。
本发明的Zigbee网络路由节点由微处理器TMS320LF2406A，射频收发模块、外部数据存储模块、电源模块组成， TMS320LF2406A微处理器分别与外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接，射频收发模块通过无线与外界通信。
本发明的Zigbee网络协调器由TMS320LF2406A微处理器、射频收发模块、外部数据存储模块、电源模块组成， 微处理器分别与外部数据存储模块、射频收发模块、电源模块连接。