基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、煤炭在我國能源工業(yè)中，分別占一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量的76％和69％。但由于我國一般采用地下開采，其生產(chǎn)環(huán)境惡劣，瓦斯突出、煤塵污染等安全隱患時(shí)刻威脅著井下工作人員的安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大型煤礦中高瓦斯礦井約占44.4％，約91.35％的礦井有煤塵爆炸危險(xiǎn)，僅2012年全國瓦斯事故就有72起，死亡350人。因此對(duì)煤礦進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)非常重要。
　　 目前我國煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中檢測(cè)瓦斯的方法大多使用熱催化法，其方法是利用催化物使低濃度瓦斯

2、氣體在低溫環(huán)境下持續(xù)氧化釋放熱量。此類設(shè)備在低濃度下使用效果尚佳，但是長期使用或者遇到高濃度瓦斯時(shí)，非常容易中毒，減短壽命，增大測(cè)量誤差，每隔一段時(shí)間就必須進(jìn)行校準(zhǔn)。另外煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均為有線系統(tǒng)，所有的儀表都連接在總線上，但這種總線布線繁瑣，成本高，覆蓋范圍有限，拓展能力差，不能靈活地隨開采跟進(jìn)，尤其在發(fā)生事故時(shí)，線纜會(huì)受到致命的破壞，不能為井上人員及時(shí)提供有效信息，嚴(yán)重威脅了工作人員的安全。
　　 針對(duì)這些問題和目前市場需求，

3、本設(shè)計(jì)在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量煤礦各種安全信息，高保真的進(jìn)行無線傳輸，可隨時(shí)隨地的通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。本系統(tǒng)為了降低系統(tǒng)成本，縮短開發(fā)周期，并提高系統(tǒng)的通用性，采用模塊化設(shè)計(jì)，將各部分做成單獨(dú)的模塊，使其不僅可以應(yīng)用于煤礦，還可以在其它領(lǐng)域使用。
　　 系統(tǒng)主要分為檢測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集終端和網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等幾個(gè)部分。在檢測(cè)設(shè)備中，采用紅外光譜吸收法測(cè)量瓦斯?jié)舛龋岳什?比爾定律作為理論基礎(chǔ)，具

4、體實(shí)現(xiàn)方法在硬件方面采用單光源單光路雙波長的差分吸收法，軟件方面采用分段最小二乘法和溫度補(bǔ)償算法對(duì)濃度進(jìn)行轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)傳輸方面采用RS-232串口與數(shù)據(jù)采集終端連接，核心控制器選用低功耗MSP430單片機(jī)，為了便于調(diào)試和設(shè)備通用，檢測(cè)設(shè)備還設(shè)有通用模擬量接口、開關(guān)量接口和輸出控制等，實(shí)現(xiàn)了低成本、低功耗、高穩(wěn)定度、高精度和高靈敏度，實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明測(cè)量瓦斯?jié)舛鹊慕^對(duì)誤差小于0.1％，響應(yīng)時(shí)間小于5s，穩(wěn)定時(shí)間小于15s。數(shù)據(jù)采集終端模塊和網(wǎng)絡(luò)

5、部分使用Zigbee技術(shù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選為簇-樹型網(wǎng)絡(luò)，采用CC2530作為平臺(tái)，加以RS-232串口，保證了設(shè)備的通用性，完美實(shí)現(xiàn)了與其它模塊對(duì)接。以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)采用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)技術(shù)，為了降低成本和開發(fā)難度，選用LM3S9B96作為硬件平臺(tái)，軟件部分在TI提供的驅(qū)動(dòng)庫基礎(chǔ)上開發(fā)，大大縮減了開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)了串口協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，接入網(wǎng)絡(luò)后，用戶可以通過遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)對(duì)煤礦安全信息隨時(shí)查看。
　　 目前此類系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦的實(shí)例不多