[发明专利]一种煤矿井下人员定位与瓦斯浓度动态监测方法及系统

权利要求书

1. 一种煤矿井下人员定位与瓦斯浓度动态监测的系统，其特征在于，包括：

CAN总线网络(1)中的数据按照标准CAN2.0B通讯协议进行通讯；

无线传感器网络(2)中的数据按照串行通讯协议通过RS232串口进行通讯；

CAN总线网络(1)，与无线传感器网络(2)通过数据转换装置(3)和直接汇聚点单元(21)电气连接，用于将其控制命令、采样指令以及通讯信息传输给无线传感器网络(2)。

2. 根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，数据转换装置3包括：

CAN转换器(31)，用于将标准CAN2.0B数据转换为RS232串行数据；

智能分站(32)，用于对两种不同通讯协议的网络之间进行数据交互。

3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述CAN总线网络(1)的硬件包括：主控计算机(11)、井下智能分站(32)、CAN总线(13)和需要控制的设备(14)组成，其中：

主控计算机(11)，用于生成监控指令、网络数据交换命令、传感器数据采样指令信息，用于控制智能分站(32)工作；

智能分站(32)、CAN总线(13)分别通过连接电缆与主控计算机(11)连接，用于转发监控计算机(11)的命令和指令，以及生成对无线传感器网络(2)数据采样点、采样传感器的指令，并存储获得的无线网络采样数据和采样点地址信息；

需要控制的设备(14)，这些设备通过电缆直接连接在CAN总线上，构成CAN网络的终端被控设备。

4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于：无线传感网络(2)由无线节点和传感器组成，无线节点分为固定节点和移动节点，固定节点包括直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)、移动节点即是移动节点模块(23)，传感器(25)连接在移动节点模块(23)上，其中：

直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)、移动节点模块(23)结构相同，直接汇聚节点模块(21)上安装有直接汇聚节点单元，中继汇聚节点上模块(22)安装有中继汇聚节点单元，移动节点模块(23)上安装的是移动节点单元；直接汇聚节点模块(21)通过电缆直接连接在智能分站(32)和CAN总线(13)上；

中继汇聚节点模块(22)通过中继通讯链路与直接汇聚节点模块(21)交换数据和信息；直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)与接收范围内的移动节点模块(23)通讯和交换数据；

移动节点模块(23)，用于负责瓦斯传感器(25)数据的采集；

用于对与直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)之间的通讯；

用于实时向直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)传送自己的特征码和所在地点的瓦斯浓度信息，这些信息通过直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)传送到智能分站(32)上，运行智能分站(32)对瓦斯浓度数据进行分析和处理，当瓦斯浓度超限时，智能分站(32)发出报警信号，并由智能分站(32)直接对危险区域进行区域断电保护处理，同时通过CAN总线(13)上传瓦斯浓度数据到主控计算机(11)中；

需要控制的设备(14)上的安全检测传感器和设备供电电源开关连接在智能分站(32)上，用于在瓦斯浓度超限时，智能分站(32)直接控制断电。

5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于：直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)的安装位置是按照矿井下巷道地理位置设置。

6. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于：主控计算机(11)中存储着每个直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)所在的位置和每个移动节点模块(23)佩戴人的信息，根据这些信息，主控计算机(11)上运行的综合管理单元(61)确定任意一个移动节点模块(23)在井下的区域位置和所在区域的瓦斯浓度。

7. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，直接汇聚节点模块(21)和中继汇聚节点模块(22)的通讯通过RS232串口连接在智能分站(32)上，还通过CAN2.0B转接器(26)将RS232接口转换为CAN接口再连接到CAN总线(13)上；还通过一定数量的中继汇聚节点模块(22)采取无线传递方式实现通讯。

8. 一种煤矿井下人员定位与瓦斯浓度动态监测的方法，其特征在于，监测步骤如下：

步骤1.系统启动，在主制计算机的控制下，如下单元进入运行状态：综合管理单元，智能分站中运行智能分站控制单元，直接汇聚节点模块中运行直接汇聚节点单元；

步骤2.直接汇聚节点单元向周围广播通讯命令；

步骤3.中继汇聚节点单元接收直接汇聚节点单元通讯命令而启动，向周围广播中继通讯消息，并进入接收状态，准备接收移动节点单元发来的信息；

步骤4.移动节点单元接收到直接汇聚节点单元通讯命令而启动，并开启瓦斯传感器，开始读取瓦斯传感器监测到的瓦斯浓度，并将瓦斯浓度和移动节点的特征号码发送给直接汇聚节点单元；

步骤5.中继汇聚节点单元把收集到的移动节点信息，按照一定周期发送到直接汇聚节点单元中；

步骤6.直接汇聚节点单元把收到的来自移动节点单元的数据和信息发送到智能分站单元中；智能分站单元将接收到的数据存储在本地硬盘中，同时对数据进行初步分析，如果瓦斯浓度超出设定极限则报警，并对区域内的可控设备实现断电保护；

步骤7.智能分站单元按照一定周期向数据通讯与分配单元发送数据和信息，数据通讯与分配单元将数据分配给综合管理单元的不同模块；瓦斯浓度数据分配给数据保存、分析模块，移动节点特征码分配给人员考勤、人员定位模块；

步骤8.综合管理单元中的数据保存、分析模块将读取来的原始数据存储在硬盘里，同时开始计算和分析采集到的数据，形成瓦斯浓度动态监测文件；

步骤9.综合管理单元中的人员考勤、人员定位模块根据运动节点特征码，识别出节点绑定的人员，以及某个时间段运动节点通讯范围内的汇聚节点，从而得到人员考勤和定位文件；

步骤10.通过综合管理单元的人机操作界面，设置各种参数、查询井下人员的位置、动态查询井下瓦斯浓度，输出井下人员运动路径和出入情况，输出瓦斯浓度动态监测图形，形成上报表格打印输出。