基于 ZigBee 的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)1臺計算機(jī)、1個ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點和多個ZigBee終端節(jié)點，ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點包括控制模塊、串口模塊、JTAG調(diào)試接口模塊、按鍵模塊、報警模塊和電源模塊，Zigbee終端節(jié)點包括控制模塊、JTAG調(diào)試接口模塊、參數(shù)采集模塊和電源模塊。計算機(jī)負(fù)責(zé)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控和發(fā)出控制指令，協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)與各終端節(jié)點和上位機(jī)通信，收集各終端節(jié)點發(fā)送來的信息并處理，并將處理后的信息發(fā)送給上位機(jī)，終端節(jié)點通過參數(shù)采集模塊采集實時的環(huán)境信息。
【專利說明】基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦安全領(lǐng)域，涉及一種基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個產(chǎn)煤大國，現(xiàn)在我國的能源結(jié)構(gòu)中占比例最大的仍然是煤礦。隨著礦井深度的增加，井下開采環(huán)境的惡化，煤礦井下的安全就顯得尤其重要。井下水泵房是井下排水系統(tǒng)的核心，主要職責(zé)是將井下各水平的礦井水抽出并排到地面。它穩(wěn)定、高效的運(yùn)行是煤礦井下安全的重要保證。目前煤礦上所使用的水泵房監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)結(jié)構(gòu)簡單，并且采用有線傳輸方式。加上井下布線復(fù)雜，線路和設(shè)備裝拆頻繁，有線傳輸方式的安全性得不到保障。
[0003]近年來，信息技術(shù)發(fā)展迅速，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是時代發(fā)展的產(chǎn)物，也是未來科技發(fā)展的必然趨勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)強(qiáng)調(diào)通過物體與物體之間相連構(gòu)成一個互聯(lián)的、無線的傳感網(wǎng)絡(luò)，就如同現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)，以此來改變?nèi)藗兊纳睢igBee技術(shù)就是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中一種低成本、低功耗、近距離、短時延和高容量的無線傳輸技術(shù)。
[0004]本發(fā)明基于ZigBee技術(shù)，通過與ZigBee終端節(jié)點相連的參數(shù)采集模塊對水泵房的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集，ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點將ZigBee終端節(jié)點發(fā)送來的信息進(jìn)行處理并發(fā)送給上位機(jī)，最終通過上位機(jī)顯示水泵房的運(yùn)行狀態(tài)，同時可實現(xiàn)報警和閾值調(diào)整的功能。采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的無線傳輸避免了有線傳輸帶來的問題，達(dá)到實時、穩(wěn)定監(jiān)測水泵房運(yùn)行情況的的功能。本發(fā)明是基于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)和擴(kuò)展。
[0005]本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供一種由分布在終端節(jié)點的傳感器實時的采集信息，終端節(jié)點可以與協(xié)調(diào)器節(jié)點進(jìn)行實時通信。
[0006]本發(fā)明的另一優(yōu)點是ZigBee終端節(jié)點采用可選工作方式，大大減少終端節(jié)點的能量損耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是通過協(xié)調(diào)器節(jié)點與上位機(jī)的實時通信，將水泵房的實時運(yùn)行狀態(tài)直觀的顯示在計算機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明包含一種水泵房運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測裝置和一種系統(tǒng)工作方法。水泵房各裝置的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過分布在各終端節(jié)點的參數(shù)采集模塊采集，并將信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器處理后發(fā)送給上位機(jī)，通過上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)測。若發(fā)現(xiàn)某個裝置的運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)問題，則會向協(xié)調(diào)器發(fā)出報警信號。同時可以通過上位機(jī)設(shè)置報警閾值、監(jiān)測參數(shù)和查詢選項。
[0009]為了實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0010]基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)I臺計算機(jī)、I個ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點和多個ZigBee終端節(jié)點，ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點包括控制模塊、串口模塊、JTAG調(diào)試接口模塊、按鍵模塊、報警模塊和電源模塊，Zigbee終端節(jié)點包括控制模塊、JTAG調(diào)試接口模塊、參數(shù)采集模塊和電源模塊。計算機(jī)負(fù)責(zé)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控和發(fā)出控制指令，協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)與各終端節(jié)點和上位機(jī)通信，收集各終端節(jié)點發(fā)送來的信息并處理，并將處理后的信息發(fā)送給上位機(jī)，終端節(jié)點通過參數(shù)采集模塊采集實時的狀態(tài)參數(shù)。
[0011]優(yōu)選的，所述控制模塊包括JN5148無線微控制器。
[0012]優(yōu)選的，所述JN5148無線微控制器包括無線RF模塊、電源模塊管理、JTAG調(diào)試接口、ADC模塊、DAC模塊和32位RISC CPU,具有無線發(fā)射功能和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。
[0013]優(yōu)選的，所述報警模塊包括蜂鳴器。
[0014]優(yōu)選的，所述電源模塊可由3.7V的653450鋰離子電池供電或者USB供電，
[0015]優(yōu)選的，所述供電電源需通過TPS7333QD DC-DC轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為3.3V方可為系統(tǒng)供電。
[0016]優(yōu)選的，所述ZigBee終端節(jié)點相連的參數(shù)采集模塊為一個或兩個。
[0017]優(yōu)選的，所述傳感器包括PTG501負(fù)壓傳感器、TC77數(shù)字溫度傳感器、JD1940-BS4I電量變送器和SC-500投入式液位計。
[0018]優(yōu)選的，所述傳感器可將采集的相應(yīng)狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換為4?20mA的模擬信號。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，通過采用模塊化設(shè)計和嵌入式硬件結(jié)構(gòu)，使整個系統(tǒng)的通用性更好。而且各終端節(jié)點都預(yù)留有傳感器的連接接口，還提供其他附加接口的設(shè)置，可以滿足不同應(yīng)用場合的需要。具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。此外，終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點的通信采用基于ZigBee協(xié)議的無線傳輸方式，避免了環(huán)境對有線連接所造成的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]1、圖1為本發(fā)明的總體構(gòu)架系統(tǒng)框圖
[0021]2、圖2為ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點的系統(tǒng)框圖
[0022]3、圖3為ZigBee終端節(jié)點的系統(tǒng)框圖
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，是本系統(tǒng)的總體構(gòu)架系統(tǒng)框圖，每個ZigBee終端節(jié)點即為一個狀態(tài)參數(shù)采集裝置，由與終端節(jié)點相連的參數(shù)采集模塊采集相應(yīng)的參數(shù)，包括水位深度、電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓和電流、電機(jī)和水泵的溫度、水泵進(jìn)水管真空度和水泵出水口壓力。傳感將狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的4?20mA的模擬量，終端節(jié)點的微控制器用其內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。終端節(jié)點數(shù)據(jù)處理完畢后會向協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)出申請，若申請通過，則會將信息以無線的方式發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器節(jié)點會對發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果通過串口發(fā)送給上位機(jī)，通過上位機(jī)的監(jiān)控軟件監(jiān)測水泵房系統(tǒng)的工作狀態(tài)。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則上位機(jī)會向協(xié)調(diào)器發(fā)出報警指令，協(xié)調(diào)器控制報警電路發(fā)出報警信號。
[0024]圖2為ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點的系統(tǒng)框圖，可分為7個部分:第一部分為電源模塊，該模塊由上位機(jī)提供+5V電源，經(jīng)TPS7333QD DC/DC轉(zhuǎn)換模塊將電源轉(zhuǎn)換為+3.3V為系統(tǒng)供電；第二部分為按鍵模塊，用以改變微控制器的參數(shù)設(shè)置；第三部分為串口模塊，為協(xié)調(diào)器節(jié)點和上位機(jī)之間的通信提供接口 ；第四部分為JTAG測試接口，用于終端節(jié)點的系統(tǒng)調(diào)試；第五部分為高頻天線模塊，用于節(jié)點之間通信時發(fā)送數(shù)據(jù)；第六部分為報警模塊，用于故障情況的報警提示；第七部分為微控制器，為系統(tǒng)的控制核心，接收傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和處理。
[0025]圖3為ZigBee終端節(jié)點的系統(tǒng)框圖，其中電源模塊由3.7V的鋰離子電池供電，參數(shù)采集模塊為傳感器或測量裝置，可將水泵房的各運(yùn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換為4?20mA的模擬量，并發(fā)送給微控制器。該節(jié)點的其他部分同ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點部分。
【權(quán)利要求】
1.基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括I臺計算機(jī)、I個ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點和多個ZigBee終端節(jié)點。計算機(jī)負(fù)責(zé)與協(xié)調(diào)器節(jié)點進(jìn)行通信，實時接收協(xié)調(diào)器發(fā)送過來的信息，并在上位機(jī)顯示或者發(fā)出控制信號，協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)與上位機(jī)、終端節(jié)點通信，接收終端節(jié)點發(fā)送的信息并處理，將處理后的信息發(fā)送給上位機(jī)，終端節(jié)點通過參數(shù)采集模塊采集實時的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點包括控制模塊、串口模塊、JTAG調(diào)試接口模塊、按鍵模塊、報警模塊和電源模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點通過串口與上位機(jī)通信，將ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點發(fā)送過來的信息處理后發(fā)送給上位機(jī)，并且會定時的查詢各終端節(jié)點的工作狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述Zigbee終端節(jié)點包括控制模塊、JTAG調(diào)試接口模塊、傳感器模塊和電源模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee的煤礦井下水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述Zigbee終端節(jié)點通過參數(shù)采集模塊實時的采集水泵房的水位深度、電機(jī)轉(zhuǎn)子的電壓和電流、電機(jī)和水泵的溫度、水泵進(jìn)水管真空度和水泵出水口壓力等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
【文檔編號】G05B19/418GK103616881SQ201310655296
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】程軍輝, 唐超禮, 黃友銳, 曲立國, 韓濤, 張超超 申請人:安徽理工大學(xué)