基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案

本實用新型專利技術(shù)提出一種以耳機(18)為終端的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)，所述耳機(18)中設(shè)置有：心率傳感模塊(1)，體溫傳感模塊(2)，對講裝置模塊(3)，LED報警模塊(5)等，耳機(18)實時測量人員的心率和脈搏，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)反饋給監(jiān)控中心(28)。如心率體溫超出正常范圍，耳機(18)會報警，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)進行人員定位，人員也可通過耳機與監(jiān)控中心(28)對講，搜救發(fā)生危險的人員，尤其是單獨作業(yè)發(fā)生意外無法呼救的人員。所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)中，耳機(18)為移動節(jié)點(18)，巷道(16)兩邊設(shè)有固定節(jié)點(17)，固定節(jié)點(17)可充當路由同時定位和測量風(fēng)速、濕度、瓦斯等數(shù)值，對環(huán)境異常報警。固定節(jié)點(17)接到匯聚節(jié)點(19)，傳送數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心(28)。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)
本技術(shù)涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)，用于煤礦井下人員的體征監(jiān)測和井下環(huán)境安全監(jiān)測。
技術(shù)介紹
我國煤礦生產(chǎn)主要是井工開采，井下人員流動性大，工作環(huán)境惡劣。將自組織、多跳路由、動態(tài)拓撲的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于井下安全監(jiān)控系統(tǒng)，日趨成為提升煤礦安全生產(chǎn)的重要課題。目前國內(nèi)外已投入使用的井下安全監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要在以下幾個方面應(yīng)急救災(zāi)通信、對人員和設(shè)備的位置監(jiān)控、調(diào)度廣播等，但是對于煤礦井下人員的健康監(jiān)測則較少涉及。煤礦工作的環(huán)境復(fù)雜多變，是一種重體力活，再經(jīng)過路途的時間消耗，超時勞動、 超負荷勞動已經(jīng)危及到煤炭從業(yè)人員的身心健康，成為煤礦安全工作中的一大危害。高污染且缺氧的環(huán)境嚴重威脅著井下人員的生命安全與健康。煤礦井下環(huán)境的復(fù)雜性，以及給作業(yè)帶來的負擔(dān)和危害，使得生產(chǎn)率降低，或造成安全事故，使人員受傷，企業(yè)財產(chǎn)受損失。 所以將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入煤礦井下的健康監(jiān)測具有很重要的現(xiàn)實意義。目前，公知的煤礦井下健康監(jiān)測方法是在現(xiàn)有定位監(jiān)測系統(tǒng)的終端上加裝體征傳感器，這種方法只能單向收集體征信息，且并沒有考慮影響外界環(huán)境對人員健康的影響。這種方法沒有建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，只能靠終端設(shè)備存儲數(shù)據(jù)，僅在礦難發(fā)生后為生命探測提供依據(jù)，但并不關(guān)注人員在平時生產(chǎn)中的健康狀況，缺乏科學(xué)性和人性化。本技術(shù)中的耳機較井下的手持終端設(shè)備更功能多元化，較加裝傳感器的安全頭盔更輕巧便捷，提高了體征監(jiān)測的靈敏度和實時精度。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)是為了解決煤礦井下人員健康監(jiān)測匱乏的技術(shù)問題，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的技術(shù)方案是1. 一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括能實時測量煤礦井下人員體征的耳機(18)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)反饋人體體征數(shù)據(jù)及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)給地面監(jiān)控中心(28)，監(jiān)控中心(28)可對體征異常人員組織救援和對威脅人員健康的環(huán)境災(zāi)害進行防治；所述耳機(18)中的設(shè)置有心率傳感模塊(I)，用于實時監(jiān)測煤礦井下人員的心率；體溫傳感模塊(2)，用于測量人體耳道溫度；對講裝置模塊(3)，用于接收廣播信息與對講；防爆模塊(4)，用于滿足煤礦井下高溫、高濕、高塵、高電磁干擾和爆炸性生產(chǎn)環(huán)境的防爆工作要求；LED報警模塊(5)，用于發(fā)出體征異常時的自動報警和環(huán)境異常時的主動求救信號;微處理器模塊A (6)，用于收集并存儲傳感模塊測量的人體體征數(shù)據(jù)及處理異常數(shù)據(jù)引起的報警；電源模塊A(7)，用于耳機(18)內(nèi)部各模塊的供電；無線射頻模塊A(S)，用于將微處理器模塊A (6)獲得的人體體征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠射頻發(fā)射的電信號，傳送至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)中的固定節(jié)點(17)；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)包括移動節(jié)點(18)，即下井人員攜帶的用于體征監(jiān)測的耳機(18)；固定節(jié)點(17)，分布于煤礦井下巷道(16)兩側(cè)，用于傳遞耳機采集的人體體征數(shù)據(jù)和收集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并逐級傳遞到匯聚節(jié)點(19)；匯聚節(jié)點(19)，用于收集固定節(jié)點傳遞的數(shù)據(jù)并上傳至監(jiān)控中心(28)；其中所述固定節(jié)點(17)包括傳感器模塊(20)，用于收集煤礦井下的瓦斯含量、風(fēng)速、溫度、濕度；微處理器模塊B (21)，用于處理傳感器模塊(20)采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和由無線射頻模塊B (23)接收的人體體征數(shù)據(jù)；電源模塊B (22)，用于固定節(jié)點(17)各模塊的供電；無線射頻模塊B(23)，用于接收移動節(jié)點(18)上傳的人體體征數(shù)據(jù)，及發(fā)送微處理器處理過的人體 體征數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)至匯聚節(jié)點(19)；所述監(jiān)控中心(28)包括人員體征數(shù)據(jù)庫(24)，用于傳輸并存儲煤礦井下人員的體征數(shù)據(jù)；環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)庫(25)，用于傳輸并存儲煤礦井下環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；自動報警單元(26)，用于對人員或環(huán)境異常數(shù)據(jù)的報警；對講單元(27)，用于發(fā)布信息的廣播和與特定人員進行的耳機對講。其中，所述人體體征數(shù)據(jù)包括人員在煤礦井下的心率、體溫,所述心率傳感模塊(I)包括心率傳感器，所述體溫傳感模塊(2)包括體溫傳感器，所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)包括煤礦井下的瓦斯含量、風(fēng)速、溫度、濕度，所述傳感器模塊(20)包括瓦斯傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器。2.這個系統(tǒng)進一步包括了耳機(18)，其外觀設(shè)計將耳掛式耳機和入耳式耳機的外形進行了結(jié)合，所述外形特征包括掛耳(9)，用于煤礦井下人員的可靠佩戴；LED指示燈(10)，用于人體體征數(shù)據(jù)異常人員的自動報警信號和輔助對講按鈕(12)發(fā)出的主動求救信號；麥克(11),用于煤礦井下人員聲音信號的接收；對講按鈕(12)，用于控制耳機(18)在接收廣播、發(fā)出求救信號和人員與監(jiān)控中心對話之間三種狀態(tài)的切換；旋轉(zhuǎn)電源開關(guān)(13)，用于耳機(18)工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)的切換；耳廓感應(yīng)器(14)，用于一觸式感應(yīng)耳廓采樣測量心率；紅外感應(yīng)區(qū)(15)，用于掃描耳鼓膜發(fā)出的紅外線以測量體溫。其中，耳機(18)測得的人體體征數(shù)據(jù)包括人員在煤礦井下的心率、體溫，所述心率傳感模塊(I)包括心率傳感器，所述體溫傳感模塊(2)包括體溫傳感器。本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.本技術(shù)提出一種以多功能耳機為終端設(shè)備，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的針對煤礦井下人員的健康監(jiān)測系統(tǒng)，不僅對人員的體征數(shù)據(jù)進行采集處理，還對其工作環(huán)境的參數(shù)進行評估，從內(nèi)因和外因兩個方面關(guān)注礦井工作人員的健康，與以往單純的體征監(jiān)測系統(tǒng)相比，更加科學(xué)和人性化。2.本技術(shù)中的耳機較井下的手持終端設(shè)備更輕巧便捷，且其功能突破了傳統(tǒng)意義的耳機范疇。耳掛的方式保證了使用者佩戴的可靠性，減少了井下作業(yè)人員因大幅度動作造成監(jiān)測儀脫落的可能性。入耳的方式可以使體征儀貼近耳廓及耳道，更精確采集體征數(shù)據(jù)信息；入耳式為耳朵提供了一個封閉的環(huán)境，降低外界噪音干擾及漏音，可使人員在嘈雜的環(huán)境下，用較低音量不受影響地接收廣播與對講信息，既保證了通信質(zhì)量，又降低了供電損耗。3.本技術(shù)中的耳機提高了體征監(jiān)測的先進性和精度。心率傳感模塊為一觸式實時讀取心率，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。體溫傳感通過掃描耳鼓膜發(fā)出的紅外線感測人體所放射出的熱輻射進而測得人的體溫。防爆模塊滿足了煤礦井下高溫、高濕、高塵、高電磁干擾和爆炸性生產(chǎn)環(huán)境的工作要求。耳機集成了各種傳感器和無線通信模塊，集成化可降低其技術(shù)成本。4.本技術(shù)中的健康監(jiān)控系統(tǒng)可進行多樣化交互式的管理模式。監(jiān)控中心與耳機終端之間的通信方式為廣播、組播、單播等多種方式，不但監(jiān)控中心可對下井人員下達指令，人員也可通過對講主動與監(jiān)控中心取得聯(lián)系，方便監(jiān)控中心在收到數(shù)據(jù)異常報警信息時及時合理地組織人員救護。5.本技術(shù)將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為耳機的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)勢在于節(jié)點數(shù)量大，分布密度高，具有數(shù)據(jù)融合能力，網(wǎng)絡(luò)自我修復(fù)能力強，節(jié)點本身具有一定計算和存儲能力等，適合用于煤礦井下監(jiān)測系統(tǒng)。耳機既是體征監(jiān)測和對講的終端，又作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點，可由固定節(jié)點的坐標進行定位。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用分層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，讓固定節(jié)點對移動節(jié)點數(shù)據(jù)進行聚合，固定節(jié)點之 間再進行逐級聚合，最后由距離匯聚節(jié)點最近的固定節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)給匯聚節(jié)點，這本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：能實時測量煤礦井下人員體征的耳機(18)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)反饋人體體征數(shù)據(jù)及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)給地面監(jiān)控中心(28)，監(jiān)控中心(28)可對體征異常人員組織救援和對威脅人員健康的環(huán)境災(zāi)害進行防治；所述耳機(18)中的設(shè)置有：心率傳感模塊(1)，用于實時監(jiān)測煤礦井下人員的心率；體溫傳感模塊(2)，用于測量人體耳道溫度；對講裝置模塊(3)，用于接收廣播信息與對講；防爆模塊(4)，用于滿足煤礦井下高溫、高濕、高塵、高電磁干擾和爆炸性生產(chǎn)環(huán)境的防爆工作要求；LED報警模塊(5)，用于發(fā)出體征異常時的自動報警和環(huán)境異常時的主動求救信號；微處理器模塊A(6)，用于收集并存儲傳感模塊測量的人體體征數(shù)據(jù)及處理異常數(shù)據(jù)引起的報警；電源模塊A(7)，用于耳機(18)內(nèi)部各模塊的供電；無線射頻模塊A(8)，用于將微處理器模塊A(6)獲得的人體體征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠射頻發(fā)射的電信號，傳送至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)中的固定節(jié)點(17)；所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)包括：移動節(jié)點(18)，即下井人員攜帶的用于體征監(jiān)測的耳機(18)；固定節(jié)點(17)，分布于煤礦井下巷道(16)兩側(cè)，用于傳遞耳機采集的人體體征數(shù)據(jù)和收集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并逐級傳遞到匯聚節(jié)點(19)；匯聚節(jié)點(19)，用于收集固定節(jié)點傳遞的數(shù)據(jù)并上傳至監(jiān)控中心(28)；其中所述固定節(jié)點(17)包括：傳感器模塊(20)，用于收集煤礦井下的瓦斯含量、風(fēng)速、溫度、濕度；微處理器模塊B(21)，用于處理傳感器模塊(20)采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和由無線射頻模塊B(23)接收的人體體征數(shù)據(jù)；電源模塊B(22)，用于固定節(jié)點(17)各模塊的供電；無線射頻模塊B(23)，用于接收移動節(jié)點(18)上傳的人體體征數(shù)據(jù)，及發(fā)送微處理器處理過的人體體征數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)至匯聚節(jié)點(19)；所述監(jiān)控中心(28)包括：人員體征數(shù)據(jù)庫(24)，用于傳輸并存儲煤礦井下人員的體征數(shù)據(jù)；環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)庫(25)，用于傳輸并存儲煤礦井下環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)；自動報警單元(26)，用于對人員或環(huán)境異常數(shù)據(jù)的報警；對講單元(27)，用于發(fā)布信息的廣播和與特定人員進行的耳機對講。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)的煤礦井下人員健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括 能實時測量煤礦井下人員體征的耳機(18)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)反饋人體體征數(shù)據(jù)及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)給地面監(jiān)控中心(28)，監(jiān)控中心(28)可對體征異常人員組織救援和對威脅人員健康的環(huán)境災(zāi)害進行防治； 所述耳機(18)中的設(shè)置有 心率傳感模塊(I)，用于實時監(jiān)測煤礦井下人員的心率； 體溫傳感模塊(2)，用于測量人體耳道溫度； 對講裝置模塊(3)，用于接收廣播信息與對講； 防爆模塊(4)，用于滿足煤礦井下高溫、高濕、高塵、高電磁干擾和爆炸性生產(chǎn)環(huán)境的防爆工作要求； LED報警模塊(5)，用于發(fā)出體征異常時的自動報警和環(huán)境異常時的主動求救信號；微處理器模塊A ￠)，用于收集并存儲傳感模塊測量的人體體征數(shù)據(jù)及處理異常數(shù)據(jù)引起的報警； 電源模塊A(7),用于耳機(18)內(nèi)部各模塊的供電； 無線射頻模塊A(S)，用于將微處理器模塊A (6)獲得的人體體征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠射頻發(fā)射的電信號，傳送至無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)中的固定節(jié)點(17)； 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(29)包括 移動節(jié)點(18)，即下井人員攜帶的用于體征監(jiān)測的耳機(18)； 固定節(jié)點(17)，分布于煤礦井下巷道(16)兩側(cè)，用于傳遞耳機采集的人體體征數(shù)據(jù)和收集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)并逐級傳遞到匯聚節(jié)點(19)； 匯聚節(jié)點(19)，用于收集固定節(jié)點傳遞的數(shù)據(jù)并上傳至監(jiān)控中心(28)； 其中所述固定節(jié)點(17)包括 傳感器模塊(20)，用于收集煤礦井下的瓦斯含量、風(fēng)速、溫度、濕度； 微處理器模塊B (21)，用于處理傳感器模塊(20)采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)和由無線射頻模塊B (23)接收的人體體征數(shù)據(jù)； 電源模塊B(22)，用于固定節(jié)點(17)各模塊的供電； 無線射頻模塊B(23)，用于接收移動節(jié)點(18)上傳的人體體征數(shù)據(jù)，及發(fā)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫繼平，陳煒，
申請(專利權(quán))人：中國礦業(yè)大學(xué)北京，
類型：實用新型
國別省市：