基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)設計.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刻威脅著井下工作人員的安全。據(jù)統(tǒng)計，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，僅2012年全國瓦斯事故就有72起，死亡350人。因此對煤礦進行安全監(jiān)測非常重要。
　　 目前我國煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)中檢測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，非常容易中毒，減短壽命，增大測量誤差，每隔一段時間就必須進行校準。另外煤礦監(jiān)測系統(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，尤其在發(fā)生事故時，線纜會受到致命的破壞，不能為井上人員及時提供有效信息，嚴重威脅了工作人員的安全。
　　 針對這些問題和目前市場需求，

3、本設計在物聯(lián)網(wǎng)的基礎上設計了一套煤礦監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了高精度測量煤礦各種安全信息，高保真的進行無線傳輸，可隨時隨地的通過互聯(lián)網(wǎng)進行遠程監(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，采用模塊化設計，將各部分做成單獨的模塊，使其不僅可以應用于煤礦，還可以在其它領域使用。
　　 系統(tǒng)主要分為檢測設備、數(shù)據(jù)采集終端和網(wǎng)絡、以太網(wǎng)網(wǎng)關等幾個部分。在檢測設備中，采用紅外光譜吸收法測量瓦斯?jié)舛?，以朗?比爾定律作為理論基礎，具

4、體實現(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償算法對濃度進行轉(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，為了便于調(diào)試和設備通用，檢測設備還設有通用模擬量接口、開關量接口和輸出控制等，實現(xiàn)了低成本、低功耗、高穩(wěn)定度、高精度和高靈敏度，實驗測試表明測量瓦斯?jié)舛鹊慕^對誤差小于0.1％，響應時間小于5s，穩(wěn)定時間小于15s。數(shù)據(jù)采集終端模塊和網(wǎng)絡

5、部分使用Zigbee技術，拓撲結(jié)構(gòu)選為簇-樹型網(wǎng)絡，采用CC2530作為平臺，加以RS-232串口，保證了設備的通用性，完美實現(xiàn)了與其它模塊對接。以太網(wǎng)網(wǎng)關采用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)技術，為了降低成本和開發(fā)難度，選用LM3S9B96作為硬件平臺，軟件部分在TI提供的驅(qū)動庫基礎上開發(fā)，大大縮減了開發(fā)周期，實現(xiàn)了串口協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，接入網(wǎng)絡后，用戶可以通過遠程計算機對煤礦安全信息隨時查看。
　　 目前此類系統(tǒng)應用于煤礦的實例不多