CN206209331U - 一种基于北斗一代的煤矿井下监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于北斗一代的煤矿井下监控系统，属于矿山安全监测监控领域。该系统包括远程监控端、本地监控端和井下监控端三部分。远程监控端包括北斗一代收发天线、北斗一代收发模块、主控端控制模块、报警模块、web服务器、Internet和政府相关部门；本地监控端包括井下监控接口模块、光纤、监控端控制模块、太阳能供电模块、报警模块、北斗一代收发模块和北斗一代收发天线；井下监控模块包括井下监控接口模块、ARM控制单元、摄像头模块、报警模块、A/D转换模块和数据采集模块。本实用新型实现了煤矿井下动态情况的远程监控，井下数据实时、全天候快速发送和定位。

Description

一种基于北斗一代的煤矿井下监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于北斗一代的煤矿井下监控系统，属于矿山安全监测监控领域。

背景技术

随近年来，随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小煤矿的矿井安全监测、监控和预警系统已经迫在眉睫，此类系统的装备能够大大提高矿井安全生产水平和安全生产管理效率。

发明内容

为解决煤矿企业安全生产的问题，本实用新型提出了一种基于北斗一代的煤矿井下信息实时采集与发送、本地与远程实时监控的系统。该方法实现了对井下安全实时监控以及多层报警的功能，采用北斗一代技术即提高了传输可靠性又大大节省了建立基站的成本。

本实用新型的技术方案：基于北斗一代的煤矿井下监控系统包括远程监控端A、本地监控端B和井下监控终端C三部分，所述远程监控端A包括北斗一代收发天线ⅠA1、北斗一代收发模块ⅠA2、主控端控制模块A3、报警模块ⅠA4、web服务器A5、InternetA6和政府相关部门A7组成，所述北斗一代收发模块ⅠA2、web服务器A5分别和主控端控制模块A3互联，主控端控制模块A3输出端与报警模块ⅠA4输入端相连，北斗一代收发模块A2与北斗一代收发天线ⅠA1互联，web服务器A5通过InternetA6与政府相关部门A7连接；

所述本地监控端B包括井下监控接口模块ⅠB1、光纤B2、监控端控制模块B3、太阳能供电模块B4、报警模块ⅡB5、北斗一代收发模块ⅡB6和北斗一代收发天线ⅡB7，所述北斗一代收发模块ⅡB6与监控端控制模块B3互联，井下监控模块ⅠB1通过光纤B2与监控端控制模块B3互联，太阳能供电模块B4输出端与监控端控制模块B3输入端相连，北斗一代收发天线ⅡB7和北斗一代收发模块ⅡB6互联，报警模块ⅡB5输入端与监控端控制模块B3输出端相连；

所述井下监控终端C包括井下监控接口模块ⅡC1、ARM控制单元C2、摄像头模块C3、报警模块ⅢC4、A/D转换模块C5和数据采集模块C6，所述井下监控接口模块ⅡC1与ARM控制单元C2互联，摄像头模块C3与ARM控制单元C2互联，A/D转换模块C5与ARM控制单元C2互联，报警模块ⅢC4输入端与ARM控制单元C2输出端相连，数据采集模块C6输出端与A/D转换模块C5输入端相连。

远程监控端A将从北斗一代收发天线ⅠA1接收的数据经北斗一代收发模块ⅠA2传送到总部主控端控制模块A3，主控端控制模块A3将监控端控制模块B3处理后的信息与关键数据比对并作出相应的回复应答并经北斗一代收发模块ⅠA2对本地监控端B实时远程监控，同时将处理后信息以及相关数据上传web服务器A5，web服务器A5经防火墙进入InternetA6，可有政府相关部门A7查询指导。若主控端控制模块A3发现处理信息与关键数据不符，则启动报警模块ⅠA4。主控端控制模块A3可以是个人电脑或服务器，主控端控制模块A3发送的数据可以传送到企业总部局域网便于参考、研究给出最合理的安全监控方案，也可以传送到web服务器中，经由Internet与政府相关部门7通信，政府相关部门7可以对煤矿的安全生产进行实时的监管。政府相关部门7为安监局、煤监局。报警模块ⅠA4可以分为黄色预警、橙色预警、红色预警。黄色预警是对本地监控系统所给出数据与其对应的解决方案不符但不影响生产；橙色预警是对本地监控系统所给数据与其对应的解决方案严重错误有可能影响正常生产并产生危险；红色警报是对发生重大失误或矿难的应急处理。

本地监控端通过将井下监控接口模块ⅠB1的数据经由光纤B2上传到地面上的监控端控制模块B3，监控端控制模块B3将根据这些具体的数据来分析判断各项数据是否正常，并作出相应的判断。北斗一代收发模块ⅡB6将监控端控制模块B3发出的处理信息以及从井下采集到的关键数据经由北斗一代收发天线ⅡB7发送出去。如果出现异常监控端控制模块B3启动报警模块ⅡB5，停止井下作业排查警报来源并除险。太阳能供电模块B4用于在太阳光下实现自动充电功能，并在监控端控制模块B3的控制下，对各个模块进行供电和断电操作，特别是耗电量大的图像采集部分，降低监控端的功耗，以及延长断电情况下井下作业和监控时间。本地监控中的监控端控制模块B3可以是个人电脑、服务器或手持设备，除此之外还包含有液晶显示屏来对矿井下关键现场进行现场监控。远程监控端A和本地监控端B所用北斗一代收发模块均为高集成度的北斗一代收发模块。该模块能利用地球同步卫星为工作人员提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务，其工作频率为2491.75MHz。报警模块ⅡB5同样分为三种，分别为黄色预警、橙色预警、红色预警。黄色预警是井下相关传感器数据有轻微异常但不影响正常生产；橙色预警是井下相关传感器参数严重超标，禁止矿工作业。红色预警是出现险情及危及矿工生命安全。

井下监控端中A/D转换模块C5通过数据采集模块C6采集数据，该数据采集模块可以通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、风速传感器、风压传感器、气体传感器、开停传感器等将当前采集到的温度、湿度、顶棚压力、气压、风速、风压、甲烷浓度、一氧化碳浓度、设备开停状态等数据搜集上来并通过A/D转换模块C5将模拟量转换成信号量发送至ARM控制单元C2做简单处理，同时摄像头模块C3也将采集到的图像数据发送到ARM控制单元C2并做处理，然后一并发送到井下监控接口模块ⅡC1。如果出现严重异常，则ARM控制单元将会不经地面系统在井下发出报警ⅢC4。

本实用新型的有益效果：

通过使用本监控系统，工作人员能够远程监控本地人员的操作并给予指导并对井下险情做到多层次预报和监控，从而从井下、本地、总部各层保障井下安全作业环境，提高监控效率以及安全系数。这样不仅保证了井下险情的及时发现，还能通过北斗一代险情定位，从而对险情做到早发现、早预报、早扑救，变有灾为无灾、变大灾为小灾的效果，保障了国家的资源安全以及人民的生命安全。

附图说明

图1为本实用新型远程监控端的原理方框图；

图2为本实用新型本地监控端的原理方框图；

图3为本实用新型井下监控端原理方框图；

图中各标号：A-远程监控端，A1-北斗一代收发天线Ⅰ，A2-北斗一代收发模块Ⅰ，A3-主控端控制模块，A4-报警模块Ⅰ，A5-企业局域网，A6-Internet，A7-政府部门；B-本地监控端，B1-井下监控接口模块Ⅰ，B2-光纤，B3-监控端监控模块，B4-太阳能供电模块，B5-报警模块Ⅱ，B6-北斗一代收发模块Ⅱ，B7-北斗一代收发天线Ⅱ；C-井下监控端，C1-井下监控接口模块Ⅱ，C2-ARM控制单元，C3-摄像头模块，C4-报警模块Ⅲ，C5-A/D转换模块，C6-数据采集模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：本实用新型中基于北斗一代的煤矿井下监控系统包括远程监控端A、本地监控端B和井下监控终端C三部分。如图1所示，远程监控端A包括北斗一代收发天线ⅠA1、北斗一代收发模块ⅠA2、主控端控制模块A3、报警模块ⅠA4、企业局域网A5、InternetA6和政府政府相关部门7部门A7组成，所述北斗一代收发模块ⅠA2、企业局域网A5分别和主控端控制模块A3互联，主控端控制模块A3输出端与报警模块ⅠA4输入端相连，北斗一代收发模块A2与北斗一代收发天线ⅠA1互联，企业局域网A5通过InternetA6与政府政府相关部门7部门A7连接。

如图2所示，本地监控端B包括井下监控接口模块ⅠB1、光纤B2、监控端控制模块B3、太阳能供电模块B4、报警模块ⅡB5、北斗一代收发模块ⅡB6和北斗一代收发天线ⅡB7，所述北斗一代收发模块ⅡB6与监控端控制模块B3互联，井下监控模块ⅠB1通过光纤B2与监控端控制模块B3互联，太阳能供电模块B4输出端与监控端控制模块B3输入端相连，北斗一代收发天线ⅡB7和北斗一代收发模块ⅡB6互联，报警模块ⅡB5输入端与监控端控制模块B3输出端相连。

如图3所示，井下监控终端C包括井下监控接口模块ⅡC1、ARM控制单元C2、摄像头模块C3、报警模块ⅢC4、A/D转换模块C5和数据采集模块C6，所述井下监控接口模块ⅡC1与ARM控制单元C2互联，摄像头模块C3与ARM控制单元C2互联，A/D转换模块C5与ARM控制单元C2互联，报警模块ⅢC4输入端与ARM控制单元C2输出端相连，数据采集模块C6输出端与A/D转换模块C5输入端相连。

数据采集模块C6包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、开停传感器、风向传感器、风速传感器和气体传感器。web服务器A5可替换为企业局域网。太阳能供电模块B4包括蓄电池组，以及分别与蓄电池组连接的太阳能电池板。摄像头模块C3为CMOS摄像头。

实施例2：本实施例其余部分与实施例1相同，其中所述北斗一代收发天线ⅠA1、北斗一代收发天线ⅡB7采用FB0503型北斗一代收发天线，其工作频率为2491.75MHz。

所述北斗一代收发模块ⅠA2、北斗一代收发模块ⅡB6采用FB3141型北斗一代收发模块。

所述主控端控制模块A3主芯片可以采用ARM11（S3C6410）。

所述报警模块ⅠA4、报警模块ⅡB5、报警模块ⅢC4采用12V直流电压LED旋转警示灯LTE-1101L。

所述政府相关机构A7为安监局、煤监局。

所述井下监控接口模块ⅠB1、井下监控接口模块ⅡC1采用液晶屏LCD12864。

所述光纤B2采用WPD-SC-SC光纤跳线。

所述本地监控端控制模块B3和ARM控制单元C2主芯片均可以采用ARM9（S3C2440）。

所述太阳能供电模块B4采用CXS-FD太阳能发电系统。

所述摄像头模块C3采用海康威视DS-2CD3T45-I8型网络摄像头。

所述A/D转换模块C5采用C2000 MDI8型A/D转换模块。

所述数据采集模块C6采用温度传感器、湿度传感器、压力传感器、风速传感器、风压传感器、气体传感器、开停传感器。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于北斗一代的煤矿井下监控系统，其特征在于：包括远程监控端（A）、本地监控端（B）和井下监控终端（C）三部分，所述远程监控端（A）包括北斗一代收发天线Ⅰ（A1）、北斗一代收发模块Ⅰ（A2）、主控端控制模块（A3）、报警模块Ⅰ（A4）、web服务器（A5）、Internet（A6）和政府相关部门（A7）组成，所述北斗一代收发模块Ⅰ（A2）、企业局域网（A5）分别和主控端控制模块（A3）互联，主控端控制模块（A3）输出端与报警模块Ⅰ（A4）输入端相连，北斗一代收发模块Ⅰ（A2）与北斗一代收发天线Ⅰ（A1）互联，web服务器（A5）通过Internet（A6）与政府相关部门（A7）连接；

所述本地监控端（B）包括井下监控接口模块Ⅰ（B1）、光纤（B2）、监控端控制模块（B3）、太阳能供电模块（B4）、报警模块Ⅱ（B5）、北斗一代收发模块Ⅱ（B6）和北斗一代收发天线Ⅱ（B7），所述北斗一代收发模块Ⅱ（B6）与监控端控制模块（B3）互联，井下监控模块Ⅰ（B1）通过光纤（B2）与监控端控制模块（B3）互联，太阳能供电模块（B4）输出端与监控端控制模块（B3）输入端相连，北斗一代收发天线Ⅱ（B7）和北斗一代收发模块Ⅱ（B6）互联，报警模块Ⅱ（B5）输入端与监控端控制模块（B3）输出端相连；

所述井下监控终端（C）包括井下监控接口模块Ⅱ（C1）、ARM控制单元（C2）、摄像头模块（C3）、报警模块Ⅲ（C4）、A/D转换模块（C5）和数据采集模块（C6），所述井下监控接口模块Ⅱ（C1）与ARM控制单元（C2）互联，摄像头模块（C3）与ARM控制单元（C2）互联，A/D转换模块（C5）与ARM控制单元（C2）互联，报警模块Ⅲ（C4）输入端与ARM控制单元（C2）输出端相连，数据采集模块（C6）输出端与A/D转换模块（C5）输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于北斗一代的煤矿井下监控系统，其特征在于：所述数据采集模块（C6）包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、开停传感器、风向传感器、风速传感器和气体传感器。

3.根据权利要求1所述的基于北斗一代的煤矿井下监控系统，其特征在于：所述web服务器（A5）替换为企业局域网。

4.根据权利要求1所述的基于北斗一代的煤矿井下监控系统，其特征在于：所述摄像头模块（C3）为CMOS摄像头。