CN111894677A - 一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，涉及矿井监测技术领域，以STM32嵌入式系统为平台，通过采集矿井巷道、综采工作面、综掘工作面等处的环境参数，如瓦斯浓度、一氧化碳浓度、风速、温度、湿度、蓄水池的水位等数据，利用信息融合算法对当前工作状态进行评估，根据输出结果可实现风机的PWM调速控制、水泵的控制、预警等功能，从而实现矿井监控系统，确保煤矿安全生产。
Description
技术领域
本发明涉及矿井监测技术领域，特别涉及一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统。
背景技术
煤炭资源是我国重要的能源之一，其直接影响着我国经济的增长。煤矿企业重点关注的问题是确保煤矿能否进行安全的生产。众所周知，煤矿井下环境复杂多变，采用单一的传感器有可能出现传感器失灵、出错等问题，其中任何一个传感器出现问题都会影响整个矿井环境的监测结果。因此，采用基于信息融合理论算法的多传感器监测系统实现煤矿安全监测预警、减少煤矿事故发生率具有重要的现实意义。
针对此现象，本申请提供一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，减小误差方法的核心主要是在井下放置多种不同功能的传感器，通过收集多种信息，将采集到的信息进行处理后来得到井下环境的综合判断，并及时做出预判，从而降低矿井灾难发生的可能性。可实现下位机对多个传感器进行数据采集、显示，风机调速以及水泵控制，上位机LabVIEW直观的将传感器检测到的值以及处理后的值显示出来，最终实现煤矿井下的环境监测，确保矿井的安全生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，减小误差方法的核心主要是在井下放置多种不同功能的传感器，通过收集多种信息，将采集到的信息进行处理后来得到井下环境的综合判断，并及时做出预判，从而降低矿井灾难发生的可能性。
本发明提供了一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，包括：传感器采集组、上位机和下位机；
所述传感器采集组用于采集矿井内的各项指标，并将采集的结果发送至所述下位机内；
所述下位机接收所述传感器采集组采集的信息，并将该数据通过RS-232 总线发送给所述上位机，所述下位机电连接LCD显示模块、电机控制模块和水泵控制模块；
所述上位机通过所述RS-232总线与所述下位机连接，所述上位机用于进行数据的处理和信息的融合，所述上位机控制电连接数据显示模块和报警模块，用于向所述数据显示模块和报警模块发送显示信息和报警信息。
进一步地，选用STM32F103RCT6芯片作为所述下位机的控制器。
进一步地，所述STM32F103RCT6芯片的外围电路包括时钟电路、电源电路、USB_232电路、BOOT电路和复位电路；
所述时钟电路具备两个外部时钟源，一个是外部主时钟源，作为Cortex-M3 内核和STM32外设的驱动时钟，频率为8MHz，经过倍频后成为72MHz脉冲信号作为系统主频时钟；另一个是低速外部振荡器，作为实时时钟和窗口看门狗的驱动时钟，频率为32.768KHz；
所述电源电路采用稳压芯片AMS1117用于交换式电源5V至3.3V线性稳压器；
通过所述USB_232电路为系统供电，经过K1实现6个端子的3.3伏电压和6个端子的5伏电压输出；
所述BOOT电路利用自举升压电容，使该电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高；
所述复位电路实现所述STM32F103RCT6芯片的系统复位。
进一步地，所述传感器采集组包括MQ-5可燃性气体传感器、MQ-7一氧化碳传感器、DHT11温湿度传感器、DS18B20温度传感器和超声波传感器，所述MQ-5可燃性气体传感器和MQ-7一氧化碳传感器分别用于采集矿井内的瓦斯浓度和一氧化碳浓度，所述DHT11温湿度传感器用于采集矿井内的湿度，所述DS18B20温度传感器用于采集矿井内的温度，所述超声波传感器用于采集矿井内蓄水池的水位。
进一步地，所述MQ-5可燃性气体传感器的模拟信号管脚与所述 STM32F103RCT6芯片的PA4引脚电连接；
所述MQ-7一氧化碳传感器的1号管脚接地，2号管脚与所述 STM32F103RCT6芯片的PA1引脚电连接，4号管脚接直流5V的电源；
所述DHT11温湿度传感器的1号管脚接地，3号管脚与所述 STM32F103RCT6芯片的PA7引脚电连接，3号管脚和4号管脚之间电连接4.7k 的上拉电阻后连接电源。
进一步地，所述超声波传感器包括超声波测距模块和超声波模块，所述超声波测距模块的Trig控制端管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA2引脚电连接，Echo接收端管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA3引脚电连接；
所述超声波模块包括MAX232芯片、Em78153芯片和LMC6034IM芯片。
进一步地，将两个所述DS18B20温度传感器分别与所述STM32F103RCT6 芯片的PA5引脚和PA6引脚电连接，并分别设置上拉电阻。
进一步地，所述水泵控制模块设为继电器，所述下位机控制所述继电器吸合，水泵开始工作，向外部抽水；所述下位机控制所述继电器断开，水泵停止工作。
进一步地，所述数据显示模块内通过LabVIEW软件来处理并显示从所述下位机采集到的信息。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
本发明提供了一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，以STM32嵌入式系统为平台，通过采集矿井巷道、综采工作面、综掘工作面等处的环境参数，如瓦斯浓度、一氧化碳浓度、风速、温度、湿度、蓄水池的水位等数据，利用信息融合算法对当前工作状态进行评估，根据输出结果可实现风机的PWM调速控制、水泵的控制、预警等功能，从而实现矿井监控系统，确保煤矿安全生产。并具有以下优点：
(1)、STM32采集煤矿井下瓦斯浓度、CO浓度、温度、湿度等并在TFTLCD 上显示出来。
(2)、上位机能够实时显示当前传感器检测到的值，显示信息融合后的值并给使用者提供反馈。
(3)、瓦斯浓度指标超标时，上位机触发报警功能。
(4)、通过按键控制风机转速的大小，从而控制风力的大小，最终实现瓦斯浓度的降低。
(5)、蓄水池水位检测。检测水位是否超过安全值。
(6)、水泵自动控制。当蓄水池水位大于安全值时，水泵启动开始抽水，当蓄水池水位小于安全值时，水泵停止抽水。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的结构组成图；
图2为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的传感器采集组结构图；
图3为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的电源电路及USB_232电路；
图4为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的 JTAG原理图；
图5为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的 MQ-5连接原理图；
图6为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的MQ-7原理图；
图7为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的 DHT11原理图；
图8为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的DS18B20原理图；
图9为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的超声波测距模块连接图；
图10为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的超声波模块原理图；
图11为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的继电器工作原理图；
图12为本发明实施例提供的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统的TFTLCD工作原理图。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
现有技术中，煤矿井下发生的灾害主要有：
(1)瓦斯爆炸：
分析多年来的瓦斯爆炸事故，总结出瓦斯爆炸多发生在采煤与掘进工作面，因煤层里会涌现出大量的瓦斯气体，如果通风条件不好，大量的瓦斯气体聚集容易引起瓦斯爆炸。瓦斯爆炸必须同时满足三个条件，一是瓦斯浓度在爆炸界限内，二是混合气体中氧气浓度不低于12％，三是提供足够的温度。
瓦斯爆炸的界限一般为5％至16％，瓦斯最容易点燃的浓度为7％至8％，浓度为9.1％至9.5％时爆炸最剧烈。瓦斯爆炸的界限随着氧气浓度的下降而降低，当氧气浓度低于12％时，空气与瓦斯的混合气体将会失去爆炸性。煤矿井下的明火，电气火花，甚至金属摩擦产生的火花都有可能使得瓦斯气体引燃。防止瓦斯爆炸通常采取通风措施，还可以杜绝火源从而防止瓦斯引燃。另外尽可能的将爆炸危害限制在局部范围，减少瓦斯爆炸产生的危害。
(2)顶板事故：
掘进巷道中，支撑设施可能在掘进的过程中出现损坏的情况而导致顶板垮落事故。通常采取加强顶板施工管理措施，减少顶板事故的发生。
(3)煤尘爆炸：
在掘进和采煤的过程中会导致大量煤尘散落在空气中，当浓度达到一定范围，有足够点燃煤尘的热源时就会引起爆炸。防止煤尘爆炸的措施：一是煤层注水、水泡泥或水封爆破等手段来达到降尘的目的，二是远离火源甚至杜绝火源从而防止煤尘引燃，三是采取防爆隔爆措施，降低爆炸产生的危害。
(4)涌出水事故：
涌出水一般为大气降水、地表水和地下水，当掘进和采煤过程中遇到这些水源可能涌出大量的水。可设立防隔水柱和水闸门，实行井下探放水。
井下复杂的环境条件决定需要安置多个传感器。传感器数量越多发生的问题的几率也会越多，如果其中任何一个传感器出现问题那么矿井内的环境参数也将无法全部得到，系统将会做出错误判断而出现错误报警，甚至不报警。
综上所述，煤矿安全的预测主要是通过总结矿井灾难发生的诸多原因，掌握其变化规律，有针对性的提出预测矿井灾难发生的理论方法和操控技术。任意一个传感器产生问题都会对整个矿井环境监测的结果产生影响，因此本申请提供一种基于信息融合理论的矿井监控系统，通过对煤矿井下设置的多个传感器检测的数据进行分析、处理、融合，提高系统的准确性。以往的矿井安全监控系统采用的是单一的传感器来采集现场的数据，传感器采集到的数据有可能因为干扰而产生一定的误差。减小误差方法的核心主要是在井下放置多种不同功能的传感器，通过收集多种信息，将采集到的信息进行处理后来得到井下环境的综合判断，并及时做出预判，从而降低矿井灾难发生的可能性。
参照图1，本发明提供了一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，包括：
传感器采集组、上位机和下位机；
所述传感器采集组用于采集矿井内的各项指标，并将采集的结果发送至所述下位机内；
所述下位机接收所述传感器采集组采集的信息，并将该数据通过RS-232 总线发送给所述上位机，所述下位机电连接LCD显示模块、电机控制模块和水泵控制模块，其中所述电机控制模块通过控制风机的转速实现瓦斯浓度的控制，以保证矿井环境安全；
所述上位机通过所述RS-232总线与所述下位机连接，所述上位机用于进行数据的处理和信息的融合，所述上位机控制电连接数据显示模块和报警模块，用于向所述数据显示模块和报警模块发送显示信息和报警信息，所述报警模块采用声音报警。
其中，所述下位机以STM32F103RCT6芯片作为核心处理器，接收所述传感器采集组采集到的信息，通过RS-232总线将接收到的信息发送到所述上位机，所述上位机将所述下位机发送的数据经过信息融合算法处理后显示，以显示矿井内的总体情况。当瓦斯浓度超过指标时，所述上位机启动报警，当报警时，可通过按键控制所述STM32F103RCT6芯片的PWM调速来控制风机，以此降低井下的瓦斯浓度，实现矿井监控，确保煤矿安全生产。
实施例1
选用STM32F103RCT6芯片作为所述下位机的控制器，可以采用TFTLCD屏更加直观的显示传感器采集数据的结果，也可以大大的简化硬件设计，使软件的编写更加简便，减小设计难度。所述STM32F103RCT6芯片为32位的控制器，内部资源丰富，时钟高达72M，具有单周期乘法和硬件除法。所述STM32F103RCT6芯片具有64引脚，支持JTAG调试，具有256K字节闪存存储，具有强大的时钟系统，内部8MHz的高速晶振和外部低速晶振32.768KHz。该芯片具有3个12位的AD，多达21个外部测量通道；具有2个12位DA、12 个DMA通道。该芯片支持的外设有ADC、DAC、USART等，多达11个定时器， 13个通信接口。相对于MCS-51系列单片机来说，STM32系列芯片的性能更占优势。STM32有着优异的性价比和可靠性，并且控制能力强，可用引脚也比单片机多得多，其中较多的引脚可以实现更多的功能，能够更好的实现本次系统的设计。在这次设计中，使用按键，多种多个传感器，水泵控制引脚，电机控制引脚，如果使用TFTLCD屏显示，那么需要连接的I/O口较多。其中TFTLCD 屏除了触摸功能外还需要20个引脚，加上其它的模块所需要的引脚，这样分析下来，采用STM32F103RCT6控制器可以实现本次的设计。而采用单片机则需要考虑脚不够用的问题。
所述STM32F103RCT6芯片的外围电路包括时钟电路、电源电路、USB_232 电路、BOOT电路和复位电路；
所述时钟电路具备两个外部时钟源，一个是外部主时钟源，作为Cortex-M3 内核和STM32外设的驱动时钟，频率为8MHz，经过倍频后成为72MHz脉冲信号作为系统主频时钟；另一个是低速外部振荡器，作为实时时钟和窗口看门狗的驱动时钟，频率为32.768KHz，所述STM32F103RCT6芯片自带有内部RC振荡器，分别为高速内部振荡器和低速内部振荡器。高速内部振荡器可以为内部 PLL提供时钟，使得所述STM32F103RCT6芯片依靠其就能在72MHz的满速状态运行。低速内部振荡器用于驱动实时时钟和窗口看门狗，但是内部RC振荡器相对于外部晶振来说，不够准确也不够稳定，因此尽量使用外部时钟源；
所述电源电路采用稳压芯片AMS1117用于交换式电源5V至3.3V线性稳压器；
通过所述USB_232电路为系统供电，经过K1实现6个端子的3.3伏电压和6个端子的5伏电压输出；
所述BOOT电路利用自举升压电容，使该电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高；
所述复位电路实现所述STM32F103RCT6芯片的系统复位。
设置程序下载电路。仿真器下载中，JTAG下载接口具有20个引脚，但JTAG 引脚只用了6个引脚，剩下的是3.3V和GND电源引脚。同时，STM32还支持 SWD下载方式，也是在JTAG接口上，只用到了2个引脚。无需硬件改动，只需要在程序编写软件上配置即可切换。JTAG调试接口提供了一个连接AHP-AP 端口的5引脚标准JTAG接口，5引脚功能分别为：JTMS测试模式选择，JTCK 测试时钟，JTDI-测试数据输入，JTDOG测试数据输出，JNTRST测试重置。另一种为2针的SWD串口接口，使用JTMS作为串行数据线，JTCK作为串行时钟线。
实施例2
所述传感器采集组包括MQ-5可燃性气体传感器、MQ-7一氧化碳传感器、 DHT11温湿度传感器、DS18B20温度传感器和超声波传感器，所述MQ-5可燃性气体传感器和MQ-7一氧化碳传感器分别用于采集矿井内的瓦斯浓度和一氧化碳浓度，瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大部分，此外还有少量的乙烷、丙烷、丁烷等，它是井下安全威胁最大的因素。所述DHT11温湿度传感器用于采集矿井内的湿度，所述DS18B20温度传感器用于采集矿井内的温度，所述超声波传感器用于采集矿井内蓄水池的水位。
所述MQ-5可燃性气体传感器有4个管脚，分别为电源正极和电源负极，模拟信号输出管脚和数字信号输出管脚。所述MQ-5可燃性气体传感器的模拟信号管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA4引脚电连接，所述MQ-5可燃气体传感器具有寿命长、成本低、驱动电路简单的优点，对丁烷灵敏度高，对甲烷、丙烷具有较好的兼顾，可检测多种可燃性气体，适合多种应用场合的低成本传感器。相对于采用MJC4矿用催化式燃烧、瓦斯气体传感器，MQ-5可燃气体传感器价格更低廉，使用更方便，当环境中存在可燃气体时，所述MQ-5传感器的电导率将随着空气中的可燃气体浓度的增加而增大。该传感器以电压大小的形式显示浓度的高低情况，浓度越高，采集显示的电压值越大；
CO和瓦斯一样它是一种易燃易爆的气体，是煤矿发生火灾、爆炸等安全事故的根源之一。另外CO是无色、无味的气体，人们即使吸入了足够的CO 但是也毫无知觉，当产生严重的症状后仍不知道是什么原因，从而继续处在高浓度的CO环境中，直至死亡，所以CO也被称为“沉默的杀手”。当CO进入人体后，一部分与血红蛋白结合，造成血红蛋白氧运输量明显减少；另一部分直接与细胞中的线粒体内的细胞色素结合，抑制组织细胞内呼吸，对人体的伤害很大。采用所述MQ-7一氧化碳传感器，具有模拟量输出及TTL电平输出，其中模拟量输出0至5V电压，浓度越高检测到的电压越高。另外具有信号输出指示功能，只有当选择数字量输出时，只要一氧化碳的浓度高于设定值时，指示灯才会被点亮。所述MQ-7一氧化碳传感器对一氧化碳具有很高的灵敏度和良好的选择性，具有使用寿命长和稳定性好的特点，适用于一氧化碳、煤气等的探测。另外该传感器价格低廉，使用简单。所述MQ-7一氧化碳传感器的 1号管脚接地，2号管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA1引脚电连接，4号管脚接直流5V的电源；
煤矿井下环境中，只有当温度以及湿度适合矿工工作时，才能最大限度的提升工作效率及为矿工提供较好的工作条件。另外，湿度较高可能导致煤层酥松，导致煤层坍塌等安全事故，所述DHT11数字温湿度传感器本身含有已校准数字信号输出的温度和湿度复合型传感器，具有极高的可靠性和长期稳定性。所述DHT11温湿度传感器具有响应速度快速、抗干扰能力强、性价比高等优点。所述DHT11温湿度传感器的1号管脚接地，3号管脚与所述STM32F103RCT6 芯片的PA7引脚电连接，3号管脚和4号管脚之间电连接4.7k的上拉电阻后连接电源。所述DHT11温湿度传感器与MCU之间采用单线制串行接口连接，能够实现彼此良好的通信，其中信号传输距离可达20米以上。所述DHT11温湿度传感器中的系统集成简单，体积小、具有极低的功耗。所述DHT11温湿度传感器测量范围为湿度20-90％RH、温度0-50℃，测湿精度±5％RH，测温精度±2℃，分辨率为1。
所述DHT11温湿度传感器测量湿度范围广，矿井井下湿度范围与所述 DHT11温湿度传感器测量湿度范围基本相同，加之所述DHT11温湿度传感器可完全互换，响应时间短，长期稳定性好等优点，因此可以用DHT11传感器来检测矿井井下的湿度。
所述超声波传感器包括超声波测距模块和超声波模块，利用所述超声波测距模块检测蓄水池的水位，该模块是水泵控制模块的基本条件，只有检测出蓄水池的水位后才能根据蓄水池的水位情况，确定继电器是否启停，从而控制水泵的启动和停止。将超声波传感器放置在蓄水池液位的上方，当所述超声波传感器的发射端发出超声波脉冲后，定时器开始计时，超声波经过液面的反射被超声波传感器接收端接收，定时器停止计数，根据所述超声波传感器从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所用时间即定时器所记时的时间，与超声波在空气中的传播速度相乘，即可求出所述超声波传感器与蓄水池液位的2倍距离，然后只要除以2即可得到超声波传感器与蓄水池液位之间的距离。当蓄水池的池底距离与超声波传感器所在位置确定后，可以用此距离减去超声波传感器与液位之间的距离即可得到蓄水池的水位。从而可以利用超声波传感器检测蓄水池的水位。所述超声波测距模块的Trig控制端管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA2引脚电连接，Echo接收端管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA3引脚电连接；
所述超声波测距模块的工作原理：首先控制端口发一个10US以上的高电平,接收端口等待高电平输出。接收端口检测到有输出时开启定时器开始计时, 当接收端口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,根据公式可算出测试的距离，测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。如此不断的周期检测，就可以达到移动测量的值。
所述超声波模块包括MAX232芯片、Em78153芯片和LMC6034IM芯片，所述MAX232芯片具有RS-232标准串口的单电源电平转换芯片，其使用+5V单电源供电。所述MAX232芯片是一种双组驱动器，接收器。当使用串口进行单片机与PC机通信时，由于单片机提供的信号电平和RS-232的标准不一样，因此需要电平转换。所述MAX232芯片可将单片机输出的TTL电平转换成PC机能接收的232电平或将PC机输出的232电平转换成单片机能接收的TTL电平。在这部分电路中，可分为三个部分，第一部分是电荷泵电路。其可产生+12V 和-12V两个电源，它为RS-232串口电平转化提供电源的需要，由1、2、3、4、 5、6脚和4只电容构成。第二部分是数据转换通道。共有两个数据通道。其中 11管脚到14管脚为第一数据通道控制管脚。第7管脚到第10管脚为第二数据通道控制管脚。TTL/CMOS数据从11引脚、10引脚输入转换成RS-232数据，从14脚、7脚送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚、8引脚输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚、9引脚输出。第三部分是供电部分，15 引脚为GND、16引脚为VCC。
实施例3
选用所述DS18B20温度传感器进行温度的测量，温度的高低可以代表物体内部分子运动的剧烈程度，在煤矿井下环境中，温度越高，可以代表瓦斯等有毒有害气体扩散速度越快，而且高温也不适宜矿工工作。所以在井下温度传感器必不可少，它是井下有毒有害气体的间接反映。
所述DS18B20温度传感器是一种一线总线即单总线接口的温度传感器。它是一种新型的、体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器。可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、 0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温，价格便宜。
将两个所述DS18B20温度传感器分别与所述STM32F103RCT6芯片的PA5 引脚和PA6引脚电连接，并分别设置上拉电阻。
实施例4
所述水泵控制模块设为继电器，所述下位机控制所述继电器吸合，水泵开始工作，向外部抽水；所述下位机控制所述继电器断开，水泵停止工作。
水泵的开启与停止可以实现蓄水池水位的变化，本系统中利用继电器来控制水泵的开启与停止，利用超声波传感器来检测水位。水泵是可以输送液体的一种装置，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。
结合附图，接5V电源正极为继电器供电，当继电器接5V电压时，继电器 LED2指示灯点亮，提示有电流给继电器供电。GND：接5V电源负极。IN：继电器模组信号触发端，低电平触发有效，当IN为低电平时，继电器吸合，LED1 点亮，说明继电器正常工作。COM:接交流火线或者直流正极，在本次设计中接水泵的正极。NO:连接设备的零线或直流负极，在本次设计中接水泵的负极。继电器原理如图11所示。
高电平与低电平的含义：高电平触发指用VCC端的正极电压与出发端连接的一种触发方式；当触发端有正极电压或者达到触发的电压时，继电器则吸合。低电平触发指的是用GND端的负极电压与出发端连接的一种触发方式，当触发端有0V或者电压低到可以触发时，继电器则吸合。
实施例5
所述数据显示模块内通过LabVIEW软件来处理并显示从所述下位机采集到的信息。
煤矿井下需要安置多种传感器来检测环境多方面的信息，本系统中所用的传感器包括瓦斯浓度传感器、一氧化碳传感器、DHT11温湿度传感器、DS18B20 温度传感器。在下位机中，以STM32为核心，通过传感器模块来采集煤矿井下环境信息，用TFTLCD屏显示每个传感器检测到的值，通过风机的控制来实现矿井浓度的变化，通过控制继电器来控制水泵的启动和停止，以此确保蓄水池的水位在安全值之下。上位机用LabVIEW直观的将传感器检测到的值显示出来，在上位机中引入了自适应加权算法将检测到的多种传感器数据进行分析、处理，以此提高系统监测的准确性。系统中自适应加权算法分别对每种传感器的多个检测值进行处理，得出每种传感器的均值和方差，然后确定最优权值，通过数据融合处理，将融合处理后的数值在上位机LabVIEW上显示出来。当瓦斯浓度大于设定值时上位机采取声音报警，通过按键控制风机的转速，从而可以降低瓦斯浓度。
实施例6
所述LCD显示模块选用采用2.8寸的TFTLCD屏，可以显示更多的信息，同时采用2.8寸的TFTLCD屏时，可以使用购买STM32F103RCT6开发板时自带的TFTLCD显示设备，从而可以免去重新购买其它显示的设备，减少经济和资源的消耗，也可以减少设计的难度。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，包括：传感器采集组、上位机和下位机；
所述传感器采集组用于采集矿井内的各项指标，并将采集的结果发送至所述下位机内；
所述下位机接收所述传感器采集组采集的信息，并将该数据通过RS-232总线发送给所述上位机，所述下位机电连接LCD显示模块、电机控制模块和水泵控制模块；
所述上位机通过所述RS-232总线与所述下位机连接，所述上位机用于进行数据的处理和信息的融合，所述上位机控制电连接数据显示模块和报警模块，用于向所述数据显示模块和报警模块发送显示信息和报警信息。
2.如权利要求1所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，选用STM32F103RCT6芯片作为所述下位机的控制器。
3.如权利要求2所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，所述STM32F103RCT6芯片的外围电路包括时钟电路、电源电路、USB_232电路、BOOT电路和复位电路；
所述时钟电路具备两个外部时钟源，一个是外部主时钟源，作为Cortex-M3内核和STM32外设的驱动时钟，频率为8MHz，经过倍频后成为72MHz脉冲信号作为系统主频时钟；另一个是低速外部振荡器，作为实时时钟和窗口看门狗的驱动时钟，频率为32.768KHz；
所述电源电路采用稳压芯片AMS1117用于交换式电源5V至3.3V线性稳压器；
通过所述USB_232电路为系统供电，经过K1实现6个端子的3.3伏电压和6个端子的5伏电压输出；
所述BOOT电路利用自举升压电容，使该电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高；
所述复位电路实现所述STM32F103RCT6芯片的系统复位。
4.如权利要求1所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，所述传感器采集组包括MQ-5可燃性气体传感器、MQ-7一氧化碳传感器、DHT11温湿度传感器、DS18B20温度传感器和超声波传感器，所述MQ-5可燃性气体传感器和MQ-7一氧化碳传感器分别用于采集矿井内的瓦斯浓度和一氧化碳浓度，所述DHT11温湿度传感器用于采集矿井内的湿度，所述DS18B20温度传感器用于采集矿井内的温度，所述超声波传感器用于采集矿井内蓄水池的水位。
5.如权利要求4所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，所述MQ-5可燃性气体传感器的模拟信号管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA4引脚电连接；
所述MQ-7一氧化碳传感器的1号管脚接地，2号管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA1引脚电连接，4号管脚接直流5V的电源；
所述DHT11温湿度传感器的1号管脚接地，3号管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA7引脚电连接，3号管脚和4号管脚之间电连接4.7k的上拉电阻后连接电源。
6.如权利要求4所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，所述超声波传感器包括超声波测距模块和超声波模块，所述超声波测距模块的Trig控制端管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA2引脚电连接，Echo接收端管脚与所述STM32F103RCT6芯片的PA3引脚电连接；
所述超声波模块包括MAX232芯片、Em78153芯片和LMC6034IM芯片。
7.如权利要求4所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，将两个所述DS18B20温度传感器分别与所述STM32F103RCT6芯片的PA5引脚和PA6引脚电连接，并分别设置上拉电阻。
8.如权利要求1所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，所述水泵控制模块设为继电器，所述下位机控制所述继电器吸合，水泵开始工作，向外部抽水；所述下位机控制所述继电器断开，水泵停止工作。
9.如权利要求1所述的一种基于信息融合理论的矿井监测预警系统，其特征在于，所述数据显示模块内通过LabVIEW软件来处理并显示从所述下位机采集到的信息。
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