基于礦燈的自動組網無線預警系統

王克權 仲從建 滕道祥 張梳梳 王健

【摘要】本系統旨在解決礦工在礦井下的安全問題，能夠實時監測礦井下瓦斯濃度和溫濕度數據，在瓦斯濃度和溫濕度數據異常時，Zigbee模塊自動組網，不僅使礦上指揮臺接收到報警信息，而且能使井下礦工之間能互相接收到報警信息，每個路由器節點不僅具有信息中轉功能，而且具有供電功能，系統具有功耗低、成本低、安全可靠、礦燈攜帶方便、實時性的特點。

【關鍵詞】礦燈；LED；Zigbee；組網

現有礦燈，大部分不具備無線通信功能，而具備無線通信功能的礦燈大部分不具備自動組網功能。傳統無線通信礦燈是先將數據傳輸到指揮臺，指揮臺經過判斷，最后再提醒井下其他礦工，井下存在安全隱患。雖然亦能起到報警功能，但是礦上指揮中心不能準確了解井下具體的信息，且井下其他礦工也不能立即知道井下的安全狀況，導致無法及時采取有效措施。存在靈活性差，成本高，可靠性差等問題。

本系統旨在解決現有礦燈存在的問題，提供一種基于礦燈的自動組網無線預警系統，能夠檢測礦井下瓦斯濃度和溫濕度信息，當瓦斯濃度和溫濕度超限時，Zigbee模塊[1]通過自動組網，將數據傳輸到路由器節點，由路由器節點再將數據傳輸給其他礦工和礦上指揮臺，礦上指揮臺可通過液晶顯示器了解到礦井下精確的數據信息，并用LED指示燈和蜂鳴器對相應狀況進行報警。若發生塌方等礦難，遇險難礦工可通過路由器節點處的充電口補充電能，提供必要的照明，等待救援人員的到來。

１系統組成部分

本系統主要由電源部分，照明部分，數據檢測部分，數據處理部分，無線通信部分，顯示報警部分。

電源部分，由鋰離子電池供電，穩壓電路提供穩定的電壓，充電電路提供優良的充電功能。

照明部分，由LED燈頭提供高效節能的照明功能。

數據檢測部分，由瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對礦工周邊環境進行數據檢測。

數據處理部分，由集成有模數轉換的微處理器先對檢測的數據進行模數轉換，再對數據進行處理，并對處理的結果做出動作。

圖1系統流程圖

無線通信部分，由Zigbee模塊進行數據的傳輸，并進行自動組網。

顯示報警部分，由液晶顯示器對傳感器檢測的數據進行顯示，方便礦上指揮臺對井下的情況有詳細的了解，并由LED燈和蜂鳴器對井下突發狀況進行報警[2]。

2系統工作方式

系統工作流程圖見圖1。

礦燈整體構造圖見圖２，礦燈采用聚合物鋰離子電池供電，采用高亮LED發光管作為光源，將鋰離子電池、充電電路、穩壓電路集成在一體化的電池盒中，電池盒可通過充電口給鋰離子電池充電?？傞_關是礦燈設備的總開關，控制礦燈整個電路的開和關。燈開關是礦燈光源部分的開關，控制燈的亮和滅。燈頭不僅可通過電池盒供電，而且可通過路由器節點供電，見圖五，電源插頭可插在電池盒上的充電口，也可插在路由器節點的礦燈充電口，見圖３。

礦燈不僅是照明設備，而且是采集傳感器信息的設備，由瓦斯傳感器和溫濕度傳感器采集瓦斯濃度和溫濕度信息，通過Zigbee自動組網，將信息傳遞到路由器節點，再由路由器節點將信息傳遞到其他礦燈和礦上上位機控制臺，采集的信息超過設限范圍，礦燈和井上上位機控制臺都將通過蜂鳴器和LED指示燈進行報警，礦上上位機控制臺的LCD顯示器將顯示所有傳感器采集到的信息的最大值，見圖4，并且每隔5分鐘清除所有數據，重新顯示采集到的最大值，便于礦上指揮人員采取適當的救援措施。

3附圖說明

圖1為礦燈頭；圖2為電池盒；圖3為路由器節點；圖4為上位機監控端。

圖中標號：1.LED燈頭；2.散熱片；3.塑料背板；4.瓦斯傳感器；5.固定槽；6.溫濕度傳感器；7.電源連接線；8.無線模塊及控制電路；9.線路板；10.固定螺絲槽；11.塑料背板；12.電源插槽；13.聚合物鋰離子電池；14.控制電路；15.充電口；16.密封型總開關；17.高亮LED燈；18.電源插槽；19.無線接收天線；20.無線模塊及控制電路；21.固定槽；22.鋰離子電池；23.電源密封型開關；24.密封型開關；25.電源線插孔；26.LED指示燈；27.無線接收天線；28.無線模塊及控制電路；29.液晶顯示器。

4結束語目前我國礦難時有發生，采礦安全越來越得到人們的重視。本系統基于礦燈開發一種自動組網無線預警系統，有效的降低礦井下的安全隱患，隨著Zigbee無線通信技術的不斷成熟，該系統在煤礦井下的應用將具有很大的發展前景。

【參考文獻】

［１］李康寧，李興．張向，等．基于NQR技術探測爆炸物實驗中自動調諧系統[J]．中國原子能科學研究院年報，2009（00）．

［２］刁莎，常曉清，陸瑢，等．基于ZigBee的電梯無線預警系統[J]．微型電腦應用， 2012，12．

［責任編輯：薛俊歌］