基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井氧氣濃度監測系統設計

摘要：為了實(shí)現對礦井氧氣濃度檢測，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井氧氣濃度檢測系統，并完成了系統的軟硬件測試。硬件包括傳感器檢測模塊、路由器傳輸模塊、數據匯集模塊和上位機模塊，軟件采用MSP430進(jìn)行編程，實(shí)現了氧氣濃度信號檢測。應用表明，該系統能有效地避免礦井有毒氣體泄漏的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；礦井；氧氣濃度；檢測

煤礦有毒性氣體對礦工的生命安全是致命的傷害。煤礦井下的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節都可能產(chǎn)生有毒性氣體，如鉆眼、炸藥爆破、掘進(jìn)機掘進(jìn)、采煤機割煤、裝煤、采煤支護放頂、巷道支護、裝載運輸轉載及卸載提升等。有毒性氣體危害不僅能使煤礦工人得塵肺病，而且易引發(fā)爆炸，造成重大安全事故。我國煤礦普遍具有毒性氣體危險。
以上所述足見(jiàn)礦井有毒性氣體的危害性之大，同時(shí)也說(shuō)明了氧氣監測與防治的重要性。因此，礦井氧氣的防治問(wèn)題日益受到廣泛關(guān)注，世界各國在對礦井氧氣的監測方面都做了大量的研究工作，研究開(kāi)發(fā)了一系列的檢測儀器及系統。
目前，國內普遍采用人工、間斷性、單地點(diǎn)檢測氧氣濃度的方式，或者采用一般有線(xiàn)連接傳感器檢測方式。這種方式測得的礦井氧氣濃度數據僅反應了測塵時(shí)間段內的氧氣狀況，并不能全面、準確的反映煤礦井下空間的總體氧氣情況，而且井下環(huán)境中有線(xiàn)傳感器檢測系統的布置工作非常繁瑣，靈活性不足且擴展性差，系統部署和維護成本高等缺點(diǎn)，當某一結點(diǎn)出現故障，會(huì )使局部區域失去監測能力。
通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )Zigbee可以方便在煤礦井下進(jìn)行快速的傳感器部署。針對以上現狀，研究開(kāi)發(fā)適合我國煤礦井下特點(diǎn)的基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的礦井氧氣濃度監測系統。

1 整體介紹
文中所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠使用戶(hù)在任何時(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下，獲取大量詳實(shí)而可靠的氧氣濃度信息，有效的避免礦井有毒氣體泄漏的發(fā)生的基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的礦井氧氣濃度監測系統。
文中為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井氧氣濃度監測系統，包括傳感器檢測模塊、路由器傳輸模塊、數據匯集模塊和上位機模塊，其中：所述傳感器檢測模塊檢測礦井內的氧氣濃度信息，并將所述信息傳輸至路由器傳輸模塊；所述路由傳輸模塊將接收到的信息傳輸至數據匯集模塊處理；所述數據匯集模塊將處理后的信息傳輸至上位機模塊，所述上位機模塊對接收到的信息進(jìn)行處理并作出判斷、顯示及報警。本氧氣濃度監測系統能夠使用戶(hù)在任何時(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下，獲取大量詳實(shí)而可靠的氧氣濃度信息，有效避免礦井有毒氣體泄漏的發(fā)生。

2 系統具體實(shí)現
2．1 傳感器檢測模塊
所述傳感器檢測模塊包括氧氣濃度傳感器、末級微控制器及末級ZigBee收發(fā)器；所述氧氣濃度傳感器采集氧氣濃度信息，并將氧氣濃度信息進(jìn)行A／D轉換后傳輸至末級微控制器；所述末級微控制器對接收到的信息進(jìn)行判斷處理，并通過(guò)末級ZigBee收發(fā)器傳輸至路由器傳輸模塊。如圖2所示。

2．2 路由器傳輸模塊
路由器傳輸模塊包括始發(fā)位置路由器節點(diǎn)、中繼位置路由器節點(diǎn)、設置于始發(fā)位置路由器節點(diǎn)的第1、2級微控制器和第1、3級zigbee收發(fā)器、設置于中繼位置路由器節點(diǎn)的第2、2級微控制器和第2、3級zigbee收發(fā)器；
始發(fā)位置路南器節點(diǎn)通過(guò)第1、3級zigbee收發(fā)器接收傳感器檢測模塊傳輸的信息，并傳輸至第1、2級微控制器進(jìn)行處理，并將處理后的信息通過(guò)第1、3級zigbee收發(fā)器傳輸至中繼位置路由器節點(diǎn)；