一種井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法技術(shù)方案

一種井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，適用于煤礦井下人員安全使用。包括井上服務(wù)器、基于WIFI的基站、隨身礦燈、智能照明礦燈；人體在微波傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)，該智能感應(yīng)燈上的單片機(jī)被喚醒，照明燈亮，照明燈接收來(lái)自隨身礦燈無(wú)線標(biāo)簽發(fā)送的廣播信息，通過(guò)井下布置好的WIFI發(fā)送到服務(wù)器上；照明燈自動(dòng)開關(guān)；減小利用接收信號(hào)強(qiáng)度值進(jìn)行人員定位的誤差，提高人員定位精度；如遇緊急情況，井下人員可以利用照明燈上的語(yǔ)音通話模塊與井上服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信；人走燈滅，無(wú)線充電模塊可以隨時(shí)給人員攜帶的礦燈進(jìn)行充能，提高了井下人員的生產(chǎn)效率，符合本質(zhì)安全；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功能全面，定位速度快。

Downhole multifunctional intelligent monitoring system and detection method

The utility model relates to a downhole multifunctional intelligent monitoring system and a detecting method thereof, which is suitable for safe use of personnel in underground coal mines. Including wells based on WIFI server, base station, portable lamp, intelligent lighting lamp; the human body in the microwave sensor range, the intelligent induction lamp on MCU is awakened, lighting lighting and light receiving broadcast information from a portable wireless tag transmits the miner's lamp, underground layout by sending good WIFI to the server; automatic lighting switch to reduce the error of the personnel positioning; the received signal strength value, improving the positioning accuracy; in case of emergency, underground personnel can call module and wells server real-time communication using voice lights on; the lights are turned off, wireless charging module can give the miner personnel carry by charging, improve the underground personnel the production efficiency, consistent with the nature of security; it has the advantages of simple structure and comprehensive functions, positioning speed.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
本專利技術(shù)涉及一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，尤其適用于井下安全領(lǐng)域中使用的井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
技術(shù)介紹
經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展對(duì)煤炭的需求提出了更高的要求,但在實(shí)際煤礦生產(chǎn)中，礦難事故不斷發(fā)生，國(guó)家和社會(huì)不得不注重煤礦生產(chǎn)的安全方面。有效檢測(cè)井下環(huán)境的安全系數(shù)，對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警，為保障井下人員安全至關(guān)重要。煤礦井下沒(méi)有自然光照射，只能靠人工照明。只采用頭戴礦燈作為主要照明光源，照度低，炫光強(qiáng)。工人長(zhǎng)期在光線不足的環(huán)境下工作容易產(chǎn)生疲勞，影響生產(chǎn)安全。良好的照明尤其重要。現(xiàn)如今，我國(guó)煤礦井下的照明系統(tǒng)耗電量又相對(duì)較大，而人類賴以生存的能源日益匱乏，因此，節(jié)約井下照明用電量同樣是重要的一環(huán)。煤礦井下不能出現(xiàn)火花，傳統(tǒng)的礦燈充電方式不適應(yīng)于井下，攜帶者需返回地面，給礦燈充電。由于種種原因，煤礦事故屢有發(fā)生，特別是在發(fā)生事故時(shí)，礦工在井下分布狀況及人數(shù)的不確定性給事故救援工作帶來(lái)很大困難。實(shí)時(shí)了解人員位置，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，可以及時(shí)采取相應(yīng)的救援措施，提高應(yīng)急救援工作的效率。目前井下人員的跟蹤定位，基本上采用的是RFID和基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的的定位方法。1、RFID方法RFID方法是在在礦井井口處，或其它井下一些關(guān)鍵通道口，使用射頻卡(RFID)讀取的方法對(duì)下井人員進(jìn)進(jìn)記錄跟蹤的方法。這種方法存在如下幾個(gè)問(wèn)題：(1)定位精度低RFID定位原理采用基站對(duì)識(shí)別卡進(jìn)行掃描，識(shí)別卡進(jìn)入基站范圍后，確認(rèn)該人員處于基站周圍，其定位精度完全取決于基站的布置密度，無(wú)法判斷人員處于基站覆蓋區(qū)的具體位置和覆蓋區(qū)外的具體位置。(2)在高速條件下定位人員漏檢率較高射頻卡這種系統(tǒng)讀卡速度十分有限，不能處理多人同時(shí)快速通過(guò)讀卡系統(tǒng)的情況(例如乘車下井、多人一超行走)，此時(shí)，系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)漏讀；提高系統(tǒng)在高速、大流量下識(shí)別的準(zhǔn)確性是人員定位系統(tǒng)面臨的一個(gè)難題。總之，現(xiàn)有的RFID射頻讀寫系統(tǒng)(包括SuperRFID)，很難實(shí)現(xiàn)井下人員的區(qū)域定位和井下人員的考勤，從使用的技術(shù)上不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的井下人員定位跟蹤。2、基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的定位方法常見的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)定位算法多是采用基于RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)的定位方式，采用無(wú)線終端采集到的RSSI值，通過(guò)RSSI與終端到傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)人員定位。這種方法存在RSSI與終端到傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系存在偏差：井下環(huán)境勢(shì)必會(huì)引起信號(hào)多徑效應(yīng)，RSSI會(huì)因信號(hào)多徑傳播引起的小尺度陰影衰落而不再隨傳播距離增加單調(diào)遞減，從而限制測(cè)距精度。多徑傳播也會(huì)導(dǎo)致RSSI幅度波動(dòng)，在典型實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，一臺(tái)靜止的接收機(jī)在1分鐘內(nèi)接收到的RSSI可能出現(xiàn)5dB的波動(dòng)。這種多徑傳播造成的RSSI波動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致定位時(shí)出現(xiàn)偏差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述技術(shù)的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，功能全面，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮照明燈，為井下人員提供照明，同時(shí)定位該人員位置的井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)的井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括設(shè)在井下的多個(gè)智能定位照明礦燈、多個(gè)WIFI無(wú)線基站、隨身礦燈和設(shè)置在井上的服務(wù)器，所述多個(gè)智能定位照明礦燈通過(guò)線路相互連接，并最終與井上服務(wù)器相連接，其特征在于：所述智能定位照明礦燈包括環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、語(yǔ)音通話模塊、WIFI模塊、無(wú)線充電模塊、微波傳感器、射頻器、單片機(jī)、繼電器、變壓器、蜂鳴器、照明燈、預(yù)警燈和電池；單片機(jī)的輸入端分別與微波傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊和射頻器相連接，單片機(jī)的輸出端分別與無(wú)線充電模塊、WIFI模塊、繼電器、預(yù)警燈、蜂鳴器相連接，繼電器與照明燈相連接，單片機(jī)還與語(yǔ)音通話模塊相連接，多個(gè)WIFI無(wú)線基站通過(guò)光纖連接到井上服務(wù)器，WIFI無(wú)線基站之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)或光纖通訊；所述隨身礦燈包括便攜式照明燈和電源，電源上設(shè)有無(wú)線標(biāo)簽。所述環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊包括氧氣、一氧化碳和甲烷氣體濃度檢測(cè)傳感器，通過(guò)給單片機(jī)設(shè)定檢測(cè)氣體的濃度閥值，當(dāng)檢測(cè)到的氣體濃度超過(guò)或低于預(yù)設(shè)閥值，單片機(jī)被喚醒，通過(guò)蜂鳴器和預(yù)警燈進(jìn)行警報(bào)。所述WIFI無(wú)線基站每隔10m-100m安裝在井下巷道壁上。所述每?jī)蓚€(gè)感應(yīng)燈之間間距為定值，該定值為15米。當(dāng)隨身礦燈電量不足時(shí)，利用無(wú)線充電接收線圈在磁感應(yīng)范圍內(nèi)，通過(guò)磁共振進(jìn)行持續(xù)充能。所述智能定位照明礦燈利用電纜和電池供電，當(dāng)電纜斷路時(shí)能定位照明礦燈自動(dòng)使用電池供電。一種使井下多功能智能檢測(cè)方法，其步驟如下：a.利用井上服務(wù)器對(duì)預(yù)備下井的隨身礦燈的無(wú)線標(biāo)簽進(jìn)行ID編號(hào)，同時(shí)對(duì)井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的所有智能定位照明礦燈進(jìn)行ID編號(hào)，并在服務(wù)器中繪制出各個(gè)編號(hào)的智能定位照明礦燈在巷道中的位置；b.井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的智能定位照明礦燈利用微波傳感器恒定檢測(cè)巷道中是否存在進(jìn)行廣播的隨身礦燈無(wú)線標(biāo)簽，其中微波傳感器掃描范圍為15米；c.當(dāng)微波傳感器掃描到當(dāng)前巷道端中存在隨身礦燈的無(wú)線標(biāo)簽，則向單片機(jī)發(fā)出喚醒信號(hào)，同時(shí)單片機(jī)控制照明燈打開，對(duì)掃描到人體經(jīng)過(guò)的巷道段區(qū)域進(jìn)行照明，同時(shí)單片機(jī)喚醒環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊對(duì)此段巷道的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)在單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)比較，若數(shù)據(jù)不超過(guò)預(yù)設(shè)警戒值則單片機(jī)控制環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊休眠，若檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)超過(guò)預(yù)設(shè)警戒值，則單片機(jī)控制蜂鳴器和預(yù)警燈進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)WIFI無(wú)線基站組成的無(wú)線網(wǎng)向井上服務(wù)器發(fā)出信號(hào)，服務(wù)器獲取信號(hào)從而定位出各個(gè)ID編號(hào)的隨身礦燈處于巷道的位置，并獲得各ID編號(hào)的隨身礦燈所處區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)；如遇井下事故導(dǎo)致供電系統(tǒng)癱瘓，自動(dòng)啟用備用電池供電，d.當(dāng)微波傳感器掃描不到當(dāng)前區(qū)域內(nèi)存在無(wú)線標(biāo)簽時(shí)，則向單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)信息，單片機(jī)開始倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后關(guān)閉照明燈。當(dāng)智能定位照明礦燈檢測(cè)到隨身礦燈的無(wú)線標(biāo)簽后，利用射頻器向無(wú)線標(biāo)簽發(fā)送當(dāng)前智能定位照明礦燈的ID編號(hào)，若無(wú)線標(biāo)簽在收到ID編號(hào)后預(yù)設(shè)周期時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到新的ID編號(hào)，即無(wú)線標(biāo)簽在周期時(shí)間內(nèi)只收到一個(gè)智能定位照明礦燈的ID編號(hào)時(shí)，則無(wú)線標(biāo)簽利用射頻器向此智能定位照明礦燈發(fā)出激活指令，通過(guò)智能定位照明礦燈激活與其連接的后一個(gè)智能定位照明礦燈單片機(jī)，使后一個(gè)智能定位照明礦燈打開照明燈，同時(shí)采集周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)并向無(wú)線表現(xiàn)發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)。所述定位出隨身礦燈處于巷道的位置方法為：當(dāng)隨身礦燈的無(wú)線標(biāo)簽收到至少兩個(gè)智能定位照明礦燈n、智能定位照明礦燈n+1反饋的無(wú)線信息時(shí)，智能定位照明礦燈n、智能定位照明礦燈n+1對(duì)無(wú)線標(biāo)簽進(jìn)行信息接收，無(wú)線標(biāo)簽在0.1秒內(nèi)各自發(fā)送到智能定位照明礦燈的多組不同RSSI信息，智能定位照明礦燈n和智能定位照明礦燈n+1將各個(gè)接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI值記錄下來(lái)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將記錄下來(lái)的各個(gè)信號(hào)強(qiáng)度RSSI值發(fā)送給井上服務(wù)器，信息包含該無(wú)線標(biāo)簽的ID編號(hào)，智能定位照明燈ID編號(hào)，隨身礦燈利用射頻器向智能定位照明礦燈進(jìn)行廣播，井上服務(wù)器利用高斯校正模型：p0＝p+x0，對(duì)接收到的各個(gè)RSSI值進(jìn)行修正，減少RSSI隨機(jī)誤差，提高RSSI的可用性，式中，p0表示測(cè)量的RSSI值，單位為dBm；p為穩(wěn)定值，單位為dBm；x0為隨機(jī)誤差，單位為dBm；設(shè)服務(wù)器接收到照明燈n發(fā)送的RSSI值為X，則X服從正態(tài)分布X～N(μ,σ2本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括設(shè)在井下的多個(gè)智能定位照明礦燈、多個(gè)WIFI無(wú)線基站、隨身礦燈和設(shè)置在井上的服務(wù)器，所述多個(gè)智能定位照明礦燈通過(guò)線路相互連接，并最終與井上服務(wù)器相連接，其特征在于：所述智能定位照明礦燈包括環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、語(yǔ)音通話模塊、WIFI模塊、無(wú)線充電模塊、微波傳感器、射頻器、單片機(jī)、繼電器、變壓器、蜂鳴器、照明燈、預(yù)警燈和電池；單片機(jī)的輸入端分別與微波傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊和射頻器相連接，單片機(jī)的輸出端分別與無(wú)線充電模塊、WIFI模塊、繼電器、預(yù)警燈、蜂鳴器相連接，繼電器與照明燈相連接，單片機(jī)還與語(yǔ)音通話模塊相連接，多個(gè)WIFI無(wú)線基站通過(guò)光纖連接到井上服務(wù)器，WIFI無(wú)線基站之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)或光纖通訊；所述隨身礦燈包括便攜式照明燈和電源，電源上設(shè)有無(wú)線標(biāo)簽。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括設(shè)在井下的多個(gè)智能定位照明礦燈、多個(gè)WIFI無(wú)線基站、隨身礦燈和設(shè)置在井上的服務(wù)器，所述多個(gè)智能定位照明礦燈通過(guò)線路相互連接，并最終與井上服務(wù)器相連接，其特征在于：所述智能定位照明礦燈包括環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、語(yǔ)音通話模塊、WIFI模塊、無(wú)線充電模塊、微波傳感器、射頻器、單片機(jī)、繼電器、變壓器、蜂鳴器、照明燈、預(yù)警燈和電池；單片機(jī)的輸入端分別與微波傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊和射頻器相連接，單片機(jī)的輸出端分別與無(wú)線充電模塊、WIFI模塊、繼電器、預(yù)警燈、蜂鳴器相連接，繼電器與照明燈相連接，單片機(jī)還與語(yǔ)音通話模塊相連接，多個(gè)WIFI無(wú)線基站通過(guò)光纖連接到井上服務(wù)器，WIFI無(wú)線基站之間通過(guò)無(wú)線信號(hào)或光纖通訊；所述隨身礦燈包括便攜式照明燈和電源，電源上設(shè)有無(wú)線標(biāo)簽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊包括氧氣、一氧化碳和甲烷氣體濃度檢測(cè)傳感器，通過(guò)給單片機(jī)設(shè)定檢測(cè)氣體的濃度閥值，當(dāng)檢測(cè)到的氣體濃度超過(guò)或低于預(yù)設(shè)閥值，單片機(jī)被喚醒，通過(guò)蜂鳴器和預(yù)警燈進(jìn)行警報(bào)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述WIFI無(wú)線基站每隔10m-100m安裝在井下巷道壁上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述每?jī)蓚€(gè)感應(yīng)燈之間間距為定值，該定值為15米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：當(dāng)隨身礦燈電量不足時(shí)，利用無(wú)線充電接收線圈在磁感應(yīng)范圍內(nèi)，通過(guò)磁共振進(jìn)行持續(xù)充能。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述智能定位照明礦燈利用電纜和電池供電，當(dāng)電纜斷路時(shí)能定位照明礦燈自動(dòng)使用電池供電。7.一種使用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的井下多功能智能檢測(cè)方法，其特征在于步驟如下：a.利用井上服務(wù)器對(duì)預(yù)備下井的隨身礦燈的無(wú)線標(biāo)簽進(jìn)行ID編號(hào)，同時(shí)對(duì)井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的所有智能定位照明礦燈進(jìn)行ID編號(hào)，并在服務(wù)器中繪制出各個(gè)編號(hào)的智能定位照明礦燈在巷道中的位置；b.井下多功能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的智能定位照明礦燈利用微波傳感器恒定檢測(cè)巷道中是否存在進(jìn)行廣播的隨身礦燈無(wú)線標(biāo)簽，其中微波傳感器掃描范圍為15米；c.當(dāng)微波傳感器掃描到當(dāng)前巷道端中存在隨身礦燈的無(wú)線標(biāo)簽，則向單片機(jī)發(fā)出喚醒信號(hào)，同時(shí)單片機(jī)控制照明燈打開，對(duì)掃描到人體經(jīng)過(guò)的巷道段區(qū)域進(jìn)行照明，同時(shí)單片機(jī)喚醒環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊對(duì)此段巷道的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)在單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)比較，若數(shù)據(jù)不超過(guò)預(yù)設(shè)警戒值則單片機(jī)控制環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊休眠，若檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)超過(guò)預(yù)設(shè)警戒值，則單片機(jī)控制蜂鳴器和預(yù)警燈進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)WIFI無(wú)線基站組成的無(wú)線網(wǎng)向井上服務(wù)器發(fā)出信號(hào)，服務(wù)器獲取信號(hào)從而定位出各個(gè)ID編號(hào)的隨身礦燈處于巷道的位置，并獲得各ID編號(hào)的隨身礦燈所處區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)；如遇井下事故導(dǎo)致供電系統(tǒng)癱瘓，自動(dòng)啟用備用電池供電，d.當(dāng)微波傳感器掃描不到當(dāng)前區(qū)域內(nèi)存在無(wú)線標(biāo)簽時(shí)，則向單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)信息，單片機(jī)開始倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后關(guān)閉照明燈。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的井下多功能智能檢測(cè)方法，其特征在于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張雷，丁恩杰，樊子良，李家翔，胡延軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32