[实用新型]一种用于矿井巷道的无线传感器网络

说明书

技术领域

本实用新型属于煤系地层矿井井下巷道监测监控技术领域，具体涉及一种用于矿井巷道的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Net，WSN)是由大量具有通信计算能力的传感器节点，以多跳无线通信方式构成的自组织分布式网络系统，其目的是实时监测、感知和采集网络分布区域内各种监测对象的信息，并对这些信息进行处理、传输。无线传感器网络是物联网的重要部分之一，随着物联网技术的飞速发展以及人们对物联网需求的不断提高，无线传感器网络技术受到了越来越多的重视。煤系地层矿井井下巷道有其自身特点，一方面巷道断面一般为10—50m²，单一巷道长度一般为0.5—10km；另一方面巷道受地磁场、地电场等地球物理场以及矿山压力、水灾、火灾、瓦斯和粉尘等的影响较大。

随着数字化矿井的建设，煤系地层矿井井下巷道的矿山压力监测监控系统、自燃发火综合防治系统、水情水害快速识别预警系统和一通三防监测系统等均已逐步建立。在这些专用监测监控系统中，其监测传感器有如下特点：1) 机械式传感器，人工定时观察测量，作业不方便，误差大，不能实现自动实时监测和数据传输，存在安全隐患；2) 单一传感器使用，无法组网，采用手持终端逐一采集各传感器的数据，再与计算机交换、存储和分析数据；3) 采用RS485总线有线组网，组网借助通讯基站，成本高，结构复杂；4) 保证各专用监测系统中传感器数据的安全、正确、完整和及时传输相对困难。

发明内容

本实用新型目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种具有自组织、自愈性重叠树结构的矿井巷道无线传感器网络，在保证通讯效率的条件下提高通讯的可靠性，以此解决现有数字化矿井巷道专用监测监控系统中单一传感器使用、无法组网，有线组网成本高、结构复杂及自动实时监测和数据传输相对困难的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下解决方案：一种用于矿井巷道的无线传感器网络，包括无线传感器网络节点，其特征在于：组网协议为ZigBee协议，网络结构为自组织、自愈性的重叠树结构，该结构整体采用树形结构，无线传感器网络节点仅与紧邻的无线传感器网络节点通讯，局部采用网格结构，无线传感器网络节点仅与次紧邻的无线传感器网络节点通讯。

上述的用于矿井巷道的无线传感器网络，其特征在于：所述的无线传感器网络节点为矿井巷道矿山压力、防灭火、防治水和一通三防监测监控系统传感器的全功能设备(FFD节点)，测量点数为2—6个，测量范围为0—200mm，测量误差为±2%(F.S.)，测量分辨率为±0.5mm，无线传感器网络节点之间的通讯距离小于100m。

上述的用于矿井巷道的无线传感器网络，其特征在于：所述的无线传感器网络节点包括Zigbee协议片上系统、传感器接口、显示模块、光控模块、天线放大器、串行存储器和电源，ZigBee协议片上系统由传感器接口进行矿井巷道矿山压力、防灭火、防治水和一通三防监测监控系统传感器数据的输入，显示模块采用1寸LED数码管进行显示，根据显示模块显示的矿井巷道矿山压力、防灭火、防治水和一通三防监测值，对矿井巷道矿山压力、防灭火、防治水和一通三防监测监控系统进行监测，光控模块的入射光角度为+15°，天线放大器为射频收发，串行存储器9为EEROM，电源10工作电压为3.6V，电源10工作时间为12—24个月。

本实用新型结合物联网技术中的无线传感器网络和数字化矿井专用监测监控系统中的传感器现有问题，提出了一种基于煤系地层矿井井下巷道的无线传感器网络。其原理为：ZigBee协议的三种网络结构中，星型结构要求终端节点围绕一个协调节点，在井下ZigBee协议的通讯距离一般不超过100m，对于这种狭长的巷道，显然不宜采用这种星型结构；树形结构实质上是一个点对点的结构，这种结构比较适合狭长空间的应用，但一方面要求各个节点都必须具备路由功能，另一方面可靠性较低，一旦某个中间节点损坏，都将导致数据无法传输；Mesh结构具有自组织、自愈性的特点，可靠性最高，但要求每个节点都必须是协调器节点，实施成本较高。鉴于巷道狭长空间的特点，本实用新型采用了整体树形结构，局部Mesh结构的网络拓扑，该结构整体采用树形，确保狭长空间的数据传输，局部采用网格结构，每个节点仅与其紧邻及次紧邻的节点通讯，确保某一个节点故障时的通讯畅通。该网络结构的每个节点不仅要满足测量的要求，还应当是一个可充当协调器、路由器、终端设备的FFD(全功能设备)节点。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：