基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法技術

本發明專利技術涉及一種基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法，該方法是在井下巷道設置具樹狀、星狀、網狀結構的網絡，每一個網絡由基站和路由器組成，在井下作業人員身上放置定位器，基站和路由器、定位器之間采用IEEE802.15.4無線網絡協議實現無線傳輸，基站和井上控制計算機之間通過以太網絡或RS485通訊協議進行數據交換，在特定環境下網絡各節點之間的無線電信號的RRSI值與空間距離之間存在數學關系，之后定位器依據建立起來的數學關系和新測量的RRSI值，確定其空間的相對位置并將信息發回到井上計算機控制系統，實現井下人員的實時監測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于煤礦安全
，特別是一種基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法。
技術介紹
我國煤礦安全事故頻繁發生，一些煤礦發生礦難以后，無法提供井下人員的人數和準確位置，嚴重影響了礦難的援救工作。目前，國內煤礦井下監控、監測系統的數據傳輸媒介主要為電纜，傳輸方式為模擬量，這種監控監測系統存在以下缺陷：井下作業環境惡劣，電纜易遭損壞，一旦這種情況發生，較難確定系統的故障點，影響系統的正常使用；此外，系統采用模擬量進行數據傳輸和交換，抗干擾能力差，易引發誤報；目前，煤礦投入運營的各類系統均不能提供井下人員動態定位和語音通訊，遇難人員無法得到及時救助。IEEE802.15.4是一種近年來興起的無線網絡通信技術標準，ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，該技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術，具有低功耗、低成本、低復雜度、低速率、短時、高安全的特性，非常適宜于煤礦下安全信息采集和通訊等網絡要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有省電、安全可靠、成本低、時延短、網絡容量大等優點的基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法。本專利技術解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：一種基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：a.在井下巷道設置具樹狀、星狀、網狀結構的網格，每一個網絡由一個基站和路由器組成，基站設置在網絡的起始端，沿網絡延伸方向按一定間距設置路由器，在井下作業人員身上放置定位器，基站和路由器、定位器之間采用IEEE802.15.4無線網絡協議實現無線傳輸，基站和井上控制計算機之間通過以太網絡或RS485通訊協議進行數據交換；b.進行網絡初始化，由基站發出初始化數據包，基站周邊的各個路由器首先接收初始化數據包，路由器內嵌入式微處理器將初始化數據包中距離計數值增加1，并將追加自身的網絡ID或IEEE識別地址，再向網絡下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站，當下位鄰接路由器接到新的初始化數據包后，重復上位路由器數據處理程序，并繼續向下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站或上位路由器，至到網絡的尾端，基站接收到來自各個路由器返回的數據包后，經由嵌入式微處理器根據最小路徑優先算法，依據各個路由器返回的數據包內的距離信息，確定與自身的距離，分清上一級路由器和下一級路由器的相對位置，建立數據傳輸路徑選擇表，各級路由器依據接收到的來自上位或下位路由器的數據包內的距離信息與自身的距離信息比較，分清上位路由器和下位路由器的相對位置，建立自身數據傳輸路徑選擇表；c.定位器在井下坐標位置的確定，由于基站、路由器屬于事先定點設置，其各個位置的坐標數據已知，當配置有定位器的井下人員在井下巷道移動時，可接收到臨近各個路由器按設定時間間隔同時發出網絡尋呼信號，周期發射的網絡尋呼信息數據包內含有發射路由器的ID及坐標信息，在定位器接收到這些無線電信息后，內含的嵌入式微處理器將依據這些信息以及測定各路由器無線電信號的能量RRSI的數值，采用安徽睿儀通訊技術有限公司研發的定位算法，計算出自身的相對位置，該定位算法原理是依據特定環境下，網絡各節點之間的RRSI值與空間距離之間存在數學關系，通過網絡的自身的學習，確定這種數學關系，之后定位器依據建立起來的數學關系和新測量的RRSI值，確定其空間的相對位置；d.各路由器收到從定位器發來的信息，加上自身的距離信息后向外轉發，其他路由器收到該信息后，判定該信息是從上位路由器發出或是下位路由器發出，對于上位路由器發出的信息，不予轉發，對于下位路由器發出的信息，繼續向外轉發，依次進行，最終由基站接收到定位器的坐標信息，并由基站傳輸到井上控制計算機。而且，所述的基站、定位器、無線路由器均由微處理機、ZigBee無線發射芯片和外置天線構成，基站由TCP/IP或RS485網絡協議面向上位通訊，IEEE802.15.4網絡協議面向下位通訊。本專利技術的優點和有益效果為：本專利技術采用無線網絡傳輸方式，以采區為中心，分段組網，各區劃段之間采用百兆以太網連接，保證數據傳輸質量，具有極強的抗干擾能力；網絡中的無線路由器、基站由大容量電池供電，采集控制電路與輸入、輸出電路在電氣上徹底隔離，提高了運行的可靠性。附圖說明圖1為本專利技術的無線網絡結構圖。具體實施方式下面通過具體實施例對本專利技術作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本專利技術的保護范圍。一種基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法，其創新之處在于：該方法包括以下步驟：a.在井下巷道設置具樹狀、星狀、網狀結構的網格，每一個網絡由一個基站3和路由器2組成，基站設置在網絡的起始端，沿網絡延伸方向按一定間距設置路由器，在井下作業人員身上放置定位器4，基站和路由器、定位器之間采用IEEE802.15.4無線網絡協議實現無線傳輸，基站和井上控制計算機1之間通過以太網絡或RS485通訊協議進行數據交換；b.進行網絡初始化，由基站發出初始化數據包，基站周邊的各個路由器首先接收初始化數據包，路由器內嵌入式微處理器將初始化數據包中距離計數值增加1，并將追加自身的網絡ID或IEEE識別地址，再向網絡下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站，當下位鄰接路由器接到新的初始化數據包后，重復上位路由器數據處理程序，并繼續向下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站或上位路由器，至到網絡的尾端，基站接收到來自各個路由器返回的數據包后，經由嵌入式微處理器根據最小路徑優先算法，依據各個路由器返回的數據包內的距離信息，確定與自身的距離，分清上一級路由器和下一級路由器的相對位置，建立數據傳輸路徑選擇表，各級路由器依據接收到的來自上位或下位路由器的數據包內的距離信息與自身的距離信息比較，分清上位路由器和下位路由器的相對位置，建立自身數據傳輸路徑選擇表；c.定位器在井下坐標位置的確定，由于基站、路由器屬于事先定點設置，其各個位置的坐標數據已知，當配置有定位器的井下人員在井下巷道移動時，可接收到臨近各個路由器按設定時間間隔同時發出網絡尋呼信號，周期發射的網絡尋呼信息數據包內含有發射路由器的ID及坐標信息，在定位器接收到這些無線電信息后，內含的嵌入式微處理器將依據這些信息以及測定各路由器無線電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：a.在井下巷道設置具樹狀、星狀、網狀結構的網格，每一個網絡由一個基站和路由器組成，基站設置在網絡的起始端，沿網絡延伸方向按一定間距設置路由器，在井下作業人員身上放置定位器，基站和路由器、定位器之間采用IEEE802.15.4無線網絡協議實現無線傳輸，基站和井上控制計算機之間通過以太網絡或RS485通訊協議進行數據交換；b.進行網絡初始化，由基站發出初始化數據包，基站周邊的各個路由器首先接收初始化數據包，路由器內嵌入式微處理器將初始化數據包中距離計數值增加1，并將追加自身的網絡ID或IEEE識別地址，再向網絡下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站，當下位鄰接路由器接到新的初始化數據包后，重復上位路由器數據處理程序，并繼續向下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站或上位路由器，至到網絡的尾端，基站接收到來自各個路由器返回的數據包后，經由嵌入式微處理器根據最小路徑優先算法，依據各個路由器返回的數據包內的距離信息，確定與自身的距離，分清上一級路由器和下一級路由器的相對位置，建立數據傳輸路徑選擇表，各級路由器依據接收到的來自上位或下位路由器的數據包內的距離信息與自身的距離信息比較，分清上位路由器和下位路由器的相對位置，建立自身數據傳輸路徑選擇表；c.定位器在井下坐標位置的確定，由于基站、路由器屬于事先定點設置，其各個位置的坐標數據已知，當配置有定位器的井下人員在井下巷道移動時，可接收到臨近各個路由器按設定時間間隔同時發出網絡尋呼信號，周期發射的網絡尋呼信息數據包內含有發射路由器的ID及坐標信息，在定位器接收到這些無線電信息后，內含的嵌入式微處理器將依據這些信息以及測定各路由器無線電信號的能量RRSI的數值，采用安徽睿儀通訊技術有限公司研發的定位算法，計算出自身的相對位置，該定位算法原理是依據特定環境下，網絡各節點之間的RRSI值與空間距離之間存在數學關系，通過網絡的自身的學習，確定這種數學關系，之后定位器依據建立起來的數學關系和新測量的RRSI值，確定其空間的相對位置；d.各路由器收到從定位器發來的信息，加上自身的距離信息后向外轉發，其他路由器收到該信息后，判定該信息是從上位路由器發出或是下位路由器發出，對于上位路由器發出的信息，不予轉發，對于下位路由器發出的信息，繼續向外轉發，依次進行，最終由基站接收到定位器的坐標信息，并由基站傳輸到井上控制計算機。...

【技術特征摘要】
1.一種基于ZigBee網絡技術的礦井下人員實時監測方法，其特征
在于：該方法包括以下步驟：
a.在井下巷道設置具樹狀、星狀、網狀結構的網格，每一個網絡由
一個基站和路由器組成，基站設置在網絡的起始端，沿網絡延伸方向按
一定間距設置路由器，在井下作業人員身上放置定位器，基站和路由器、
定位器之間采用IEEE802.15.4無線網絡協議實現無線傳輸，基站和井上
控制計算機之間通過以太網絡或RS485通訊協議進行數據交換；
b.進行網絡初始化，由基站發出初始化數據包，基站周邊的各個路
由器首先接收初始化數據包，路由器內嵌入式微處理器將初始化數據包
中距離計數值增加1，并將追加自身的網絡ID或IEEE識別地址，再向
網絡下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站，當下位鄰接
路由器接到新的初始化數據包后，重復上位路由器數據處理程序，并繼
續向下位路由器轉發，同時將這個新的數據包發送回基站或上位路由器，
至到網絡的尾端，
基站接收到來自各個路由器返回的數據包后，經由嵌入式微處理器
根據最小路徑優先算法，依據各個路由器返回的數據包內的距離信息，
確定與自身的距離，分清上一級路由器和下一級路由器的相對位置，建
立數據傳輸路徑選擇表，
各級路由器依據接收到的來自上位或下位路由器的數據包內的距離
信息與自身的距離信息比較，分清上位路由器和下位路由器的相對位置，
建立自身數據傳輸路徑選擇表；
c.定位器在井下坐標位...

【專利技術屬性】
技術研發人員：莊海霞，
申請(專利權)人：天津禹汀科技有限公司，
類型：發明
國別省市：天津;12