[发明专利]一种煤矿瓦斯监测系统

说明书

本发明公开一种煤矿瓦斯监测系统，主要包括监测节点，集中器，网关和监测平台。监测节点由STM32F103C8T6作为主控处理器，使用MQ‑5气体传感器作为瓦斯浓度的采集装置，以及必要的电源电路，时钟电路，复位电路，声光报警电路等；当采集到的瓦斯浓度高于预先设定的阈值则声光报警，并将信息通过Lora传输到集中器；集中器同样采用STM32F103C8T6作为主控处理器，集中器主要承担信号的收集及处理并将汇总的信息通过以太网控制模块与井下光纤骨干网络通信并将信息沿着光线骨干网通过交换机传输至监控中心。本发明提供的LoRa网络可提高煤矿井下作业的安全性且很大程度的降低成本。

技术领域

本发明属于煤矿安全监测领域，具体涉及一种煤矿瓦斯监测系统。

背景技术

煤矿产业是我国传统的工业也是国民收入的的重要来源。在实际生产中时有安全事故发生，其中由于瓦斯爆炸而导致人员和财产损失的案件不计其数，而瓦斯爆炸的重要原因之一是瓦斯浓度超标。当瓦斯浓度达到5％-16％，瓦斯与空气混合后急剧氧化，爆炸产生极强的冲击波并产生大量的一氧化碳和二氧化碳，对井下工作人员的生命产生极大的威胁，所以瓦斯浓度的监测显得尤为重要。传统的井下瓦斯监测系统多以有线来布置，通信分布线复杂，劳动强度大。随着煤矿开采的日新月异，井下部署的有线监测系统很难满足开采的需要，所以基于无线传感技术的煤矿安全检测迫在眉睫。随着物联网、计算机、无线通讯技术的发明与创新，利用数据采集与监视控制系统(SCADA，Supervisory ControlAndDataAcquisition)进行实时数据采集的浓度检测技术逐渐发展为瓦斯浓度检测的主流技术。

LoRa无线通信技术是低功耗广域网技术(Low-PowerWide-Area Network,LPWAN)的典型代表，是一种既可以远距离传输，距离可达到数千米，又可以低功耗，多节点的一种新型物联网无线电调制解调通信技术，具有覆盖范围广、功耗低和成本低等特点，适用于电池供电的远距离、小数据量发送的物联网设备，非常适合在煤矿井下监测中应用。

本系统以LoRa无线通讯和以太网络相结合的网络传输方式实现监测平台和瓦斯浓度传感器之间的互联，进行煤矿瓦斯浓度的实时监测，对降低安全事故的发生具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿瓦斯监测系统，该系统利用先进的低功耗控制芯片、高精度传感器、低功耗无线通信网络等技术，实现瓦斯浓度的实时监测，具有无线传输、低功耗、可靠性高、可远程实时查看的优点，可解决传统煤矿瓦斯监测中有线网络构建复杂、耗能大、不经济等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种煤矿瓦斯监测系统，主要由监测节点、集中器、交换机和地面监控中心的上位机构成。在工作过程中，监测节点对瓦斯浓度进行采集和处理，然后将数据通过LoRa无线模块传送至集中器，若采集到的浓度高于设定值则自动声光报警；集中器实现监测节点的数据集中和处理，通过有线网络和交换机进行数据通讯，然后将信息上传至地面监控中心的上位机；地面监控中心的上位机安装监测平台，进行数据的接收和显示，并及时反馈至相关人员，以便快速处理问题。

进一步地，所述煤矿瓦斯监测系统的监测节点由主控芯片、LoRa无线通信模块、瓦斯浓度传感器、电源模块、时钟电路、复位电路和JTAG接口组成，进行瓦斯浓度的采集、处理，再利用LoRa无线通信模块进行无线传输。

进一步地，所述监测节点的主控芯片采用STM32F103C8T6，LoRa无线通信模块采用SX1278射频芯片，瓦斯浓度传感器采用MQ-5气体传感器。SX1278是Semtech公司推出的LoRa射频芯片，具有距离远、低功耗、低成本、灵敏度高、抗干扰能力强等优点。该LoRa模块通过串口与STM32F103C8T6连结，在煤矿井下能够很好地传输数据。