基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井氧氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為了實現(xiàn)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(tǒng)，并完成了系統(tǒng)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(shù)據(jù)匯集模塊和上位機(jī)模塊，軟件采用MSP430進(jìn)行編程，實現(xiàn)了氧氣濃度信號檢測。應(yīng)用表明，該系統(tǒng)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。煤礦井下的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生有毒性氣體，如鉆眼、炸藥爆破、掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)、采煤機(jī)割煤、裝煤、采煤支護(hù)放頂、巷道支護(hù)、裝載運輸轉(zhuǎn)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。
以上所述足見礦井有毒性氣體的危害性之大，同時也說明了氧氣監(jiān)測與防治的重要性。因此，礦井氧氣的防治問題日益受到廣泛關(guān)注，世界各國在對礦井氧氣的監(jiān)測方面都做了大量的研究工作，研究開發(fā)了一系列的檢測儀器及系統(tǒng)。
目前，國內(nèi)普遍采用人工、間斷性、單地點檢測氧氣濃度的方式，或者采用一般有線連接傳感器檢測方式。這種方式測得的礦井氧氣濃度數(shù)據(jù)僅反應(yīng)了測塵時間段內(nèi)的氧氣狀況，并不能全面、準(zhǔn)確的反映煤礦井下空間的總體氧氣情況，而且井下環(huán)境中有線傳感器檢測系統(tǒng)的布置工作非常繁瑣，靈活性不足且擴(kuò)展性差，系統(tǒng)部署和維護(hù)成本高等缺點，當(dāng)某一結(jié)點出現(xiàn)故障，會使局部區(qū)域失去監(jiān)測能力。
通過無線傳感器網(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(xiàn)狀，研究開發(fā)適合我國煤礦井下特點的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井氧氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)。

1 整體介紹
文中所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠使用戶在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下，獲取大量詳實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)生的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦井氧氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)。
文中為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井氧氣濃度監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器檢測模塊、路由器傳輸模塊、數(shù)據(jù)匯集模塊和上位機(jī)模塊，其中：所述傳感器檢測模塊檢測礦井內(nèi)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(shù)據(jù)匯集模塊處理；所述數(shù)據(jù)匯集模塊將處理后的信息傳輸至上位機(jī)模塊，所述上位機(jī)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(jiān)測系統(tǒng)能夠使用戶在任何時間、地點和任何環(huán)境條件下，獲取大量詳實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(tǒng)具體實現(xiàn)
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(zhuǎn)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(jié)點、中繼位置路由器節(jié)點、設(shè)置于始發(fā)位置路由器節(jié)點的第1、2級微控制器和第1、3級zigbee收發(fā)器、設(shè)置于中繼位置路由器節(jié)點的第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(jié)點通過第1、3級zigbee收發(fā)器接收傳感器檢測模塊傳輸?shù)男畔?，并傳輸至?、2級微控制器進(jìn)行處理，并將處理后的信息通過第1、3級zigbee收發(fā)器傳輸至中繼位置路由器節(jié)點；