一种基于无线传输的环境监测系统的制作方法

1.本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种基于无线传输的环境监测系统。


背景技术：

2.能源是一个国家经济发展的命脉，而煤炭作为我国的基础能源，又是事故发生率极高的行业。据统计，我国煤矿发生的重大事故中，70％以上都与矿井下的环境有关。因此，提高井下环境监测显得尤为重要。
3.由于井下环境复杂，传统的有线监测方式线缆布设困难，网络结构相对固定单一，不适合掘进工作面动态施工的需求，而且在实际的煤矿开采中，有些区域工作面需要进行试探性开采，其有线监测无法达到扩展性和灵活性的要求，强行布线，只会造成工业成本的增加。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于无线传输的环境监测系统，用于解决有线监测方式线缆布设困难，网络结构单一，在实际的煤矿开采中无法达到扩展性和灵活性要求的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种基于无线传输的环境监测系统，包括监控中心、通信模块、数据协调模块以及数据采集模块；所述监控中心与所述通信模块通信连接；所述通信模块与所述数据协调模块通信连接；所述数据协调模块与所述数据采集模块通信连接；
7.可述数据采集模块用于采集目标区域的环境信息；所述数据协调模块用于将所述环境信息传输至所述通信模块；所述通信模块将所述环境信息传输至所述监控中心；所述监控中心基于所述环境信息对所述目标区域进行环境监测。
8.可选的，通信模块为5g通信模块；5g通信模块将所述数据协调模块发送的环境信息无线传输至所述监控中心。
9.可选的，所述数据协调模块包括协调器和路由器；所述路由器输出端与所述协调器无线连接；所述协调器用于在所述数据采集模块以及所述路由器之间进行网络组建，形成mesh拓扑网络结构，
10.可选的，所述协调器通过zigbee技术将所述环境信息传输至所述通信模块。
11.可选的，所述5g通信模块包括网关处理器和5g信号收发器；所述网关处理器用于数据输出操作控制，并进行网络参数配置；所述5g信号收发器按照设置完成的网络参数传输通道将接收的所述环境信息无线传输至所述监控中心。
12.可选的，所述数据采集模块包括主控芯片、传感器模块、数据存储模块以及数据收发模块。所述主控芯片将所述传感器模块采集的环境信息存储在所述数据存储模块中，并通过所述数据收发模块将所述数据存储模块中的环境信息无线传输至所述数据协调模块。
13.可选的，所述环境信息包括瓦斯浓度、温湿度以及粉尘浓度；所述传感器模块包括
瓦斯浓度传感器、温湿度传感器以及粉尘浓度传感器；所述瓦斯浓度传感器用于采集所述目标区域中的瓦斯浓度信息；所述温湿度传感器用于采集所述目标区域中的温湿度信息；所述粉尘浓度传感器用于采集所述目标区域中的粉尘浓度信息。
14.可选的，所述数据存储模块包括ddr存储器；所述ddr存储器用于存储来自传感器模块采集的环境信息。
15.可选的，所述监控中心连接有所述通信模块的信号接收单元，所述信号接收单元用于接收所述通信模块传输的环境信息。
16.可选的，所述通信连接为无线连接或有线连接。
17.与现有技术相比，本发明提供的一种基于无线传输的环境监测系统中，数据采集模块将采集到的环境信息无线传输至数据协调模块，数据协调模块将环境信息无线传输至通信模块，实现了环境信息的短距离无线传输，同时通信模块的设置实现了与监控中心远距离无线通信。zigbee技术的应用实现了数据采集模块和数据协调模块之间的网络组建，保证了环境信息的稳定传输，且该技术功耗低，电池寿命长，有利于降低成本。通过对该系统的利用可以实现对井下环境的监测，提高了井下环境监测的自动化、网络化、智能化水平，保障了煤矿井下的安全生产和井下人员的安全。
附图说明
18.图1为本发明整体系统结构示意图；
19.图2为本发明数据采集模块示意图；
20.图3为实施例中5g通信模块示意图。
具体实施方式
21.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
22.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
23.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
24.在介绍本发明实施例之前首先对本发明实施例中涉及到的相关名词作如下释义：
25.zigbee，也称紫蜂，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用ieee 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。适用于传输范围短数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。
26.现有技术中也有无线传输方式，但是在传输过程中，由于距离问题或者跨网络的问题，无法实现无线传输，例如蓝牙技术传播距离较短，且连接过程繁琐，无法应用在环境监测系统中。
27.为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供了一种基于无线传输的环境监测系统，接下来结合图1对本技术的环境监测系统进行说明：
28.如图1所示，本环境监测系统包括监控中心1、通信模块2、数据协调模块以及数据采集模块；所述数据采集模块可以是一个终端节点，也可以是多个终端节点，例如：图1中的第一终端节点5和第二终端节点6，用于采集目标区域的环境信息；所述数据协调模块可以包括协调器3和路由器4，用于将所述环境信息无线传输至所述通信模块；所述通信模块将所述环境信息无线传输至所述监控中心1；实现所述监控中心1基于所述环境信息对所述目标区域进行环境监测。
29.本系统实现了环境信息在井下的短距离无线传输以及通信模块与监控中心的远距离无线传输，使环境监测更加灵活，避免了有线传输受环境限制及扩展差的缺点。
30.上述图1中的系统，可以采用以下方案进行具体实现：
31.可选的，所述通信模块为5g通信模块；所述5g通信模块将所述数据协调模块发送的环境信息无线传输至所述监控中心。
32.在实际应用场景中，通信模块可以为任何可以实现通信的模块，例如：5g通信模块，4g通信模块等；5g通信模块可以实现远距离传输，监控中心可以与5g通信模块有线或者无线连接，5g通信模块可以将接收到的任何数据传输给监控中心。
33.通信模块的设置解决了数据协调模块与监控中心距离过远不能进行无线传输的问题。
34.上述5g通信模块可以结合图3进行说明
35.如图3，所述5g通信模块包括网关处理器16和5g信号收发器17；所述网关处理器16用于数据输出操作控制，并进行网络参数配置；所述5g信号收发器17按照设置完成的网络参数传输通道,将接收协调器3的环境信息无线传输至所述监控中心。
36.网关(gateway)又称网间连接器、协议转换器，可以在传输层上实现网络互连，网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连，具有高扩展性，能够多协议支持，可以对smtp、http、ftp和pop3通信进行扫描，对网络和用户有保护功能，它的作用就是对两个网络段中的使用传输协议的数据进行相互的翻译转换，使两个使用不同协议的网络段连接在一起，可以实现本环境监测系统中通信模块和协调器的无线连接以及通信模块和监控中心的无线连接。
37.可选的，所述数据协调模块可以包括协调器和路由器；所述路由器输出端与所述协调器无线连接；所述协调器用于在所述数据采集模块以及所述路由器之间进行网络组建，形成mesh拓扑网络结构。
38.协调器组建的网络是在终端节点，路由器之间形成一个局域网，局域网之间的各
个节点单元间可以相互通信；协调器作为该局域网的核心节点，负责网络组建、维护、数据发送以及与通信模块无线连接；路由器是数据传输中转站，可以将所在局域网内任何一个终端节点发送的环境信息传输至协调器；mesh拓扑网络是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意两个设备均可以保持无线互联，如果某个路由器发生了故障，环境信息可以由其他路由器通过备用路径传送。
39.mesh网络的节点安装简单，当掘进工作面向前推进时可以很容易的通过增加新的节点，调整节点距离的方式满足巷道距离扩展及缩减的要求，使监测范围更加广泛，监测方式更加灵活。
40.可选的，所述协调器通过zigbee技术将所述环境信息传输至所述通信模块。
41.终端节点将采集到的环境信息无线传输给路由器，路由器将环境信息传输给协调器，这个短距离无线传输的无线上网协议为zigbee技术，通过该技术实现了本环境监测系统中井下环境信息数据的短距离传输，使协调器可以将该环境信息传输至通信模块；可以采用wifi传输替换zigbee。
42.可选的，所述数据采集模块包括主控芯片、传感器模块、数据存储模块以及数据收发模块。所述主控芯片将所述传感器模块采集的环境信息存储在所述数据存储模块中，并通过所述数据收发模块将所述数据存储模块中的环境信息无线传输至所述数据协调模块。
43.在实际应用中，主控芯片采用cc2530芯片，cc2530是用于2.4-ghz ieee802.15.4、zigbee和rf4ce应用的一个真正的片上系统(soc)解决方案。具有标准的增强型8051cpu，256kbflash存储器，系统内可编程闪存和8-kb ram，具有ieee 802.15.4兼容无线收发器，同时提供了zigbee和无线设备之间的一个接口，使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备时间的顺序。cc2530具有多种运行模式，可以适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源功耗。芯片外设由一个1.8-v低差稳压器供电，可以实现使用不同供电模式的长电池寿命的低功耗运行。可以满足本环境监测系统井下网络的组建和环境信息的传输。
44.上述数据采集模块可以结合图2进行说明：
45.如图2所示，数据采集模块包括主控芯片7，主控芯片7外围连接传感器模块8、数据存储模块9、电源管理模块10以及数据收发模块11；所述的传感器模块包括采集数据控制芯片12以及传感器组13；所述数据存储模块包括flash存储器14以及ddr存储器15，flash存储器用于存储程序指令，ddr存储器用于存储来自传感器模块采集的环境信息，通过所述数据收发模块11将ddr存储器15中的环境信息传输至数据协调模块。
46.flash存储器，是一种非易失性(non-volatile)内存，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程；ddr，即双倍速率同步动态随机储存器，是内存的一种，该存储器可以替换为sdram存储器，然而sdram在一个时钟周期内只传输一次数据，而ddr在一个时钟周期传输两次数据，因此优选ddr存储器；电源管理模块主要采用蓄电池为数据采集模块提供电能。
47.可选的，所述环境信息包括瓦斯浓度、温湿度以及粉尘浓度；所述传感器模块包括瓦斯浓度传感器、温湿度传感器以及粉尘浓度传感器；所述瓦斯浓度传感器用于采集所述目标区域中的瓦斯浓度信息；所述温湿度传感器用于采集所述目标区域中的温湿度信息；所述粉尘浓度传感器用于采集所述目标区域中的粉尘浓度信息。
48.在实际的矿井环境中，瓦斯无色无味，可以燃烧，容易引起矿井火灾，浓度过高会导致人员缺氧窒息、甚至死亡；粉尘浓度过高会引发尘肺病，加速机械设备的磨损，还会导致煤尘爆炸事故；高温高湿会影响井下工作人员的身体健康；因此本环境监测系统对瓦斯浓度、温湿度和粉尘浓度等环境信息进行采集有利于保证煤矿井下的安全生产和井下人员安全。在具体实现时，可以根据实际应用场景分别设置瓦斯浓度阈值、温湿度阈值和粉尘浓度阈值，当采集到的对应数据达到阈值时，触发报警装置或者其他信息提示装置，以提醒井上工作人员井下环境信息存在风险，从而便于工作人员及时对井下进行问题检测检修，或者及时对井下人员进行疏散等等操作。
49.可选的，所述监控中心连接有所述通信模块的信号接收单元，所述信号接收单元用于接收所述通信模块传输的环境信息。
50.监控中心将接收到的数据进行后期进一步处理展示给井上工作人员，便于工作人员及时作出决策，防止事故发生。监控中心与通信模块的连接也可以为有线连接，在实际应用中通信模块与监控中心距离不远的情况下可使用布设线缆的方式。但是在本技术的方案中，优先采用无线传输的方式来实现。
51.尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
52.尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。