一种井下多功能智能监测系统及检测方法技术方案

一种井下多功能智能监测系统及检测方法，适用于煤矿井下人员安全使用。包括井上服务器、基于WIFI的基站、随身矿灯、智能照明矿灯；人体在微波传感器感应范围内，该智能感应灯上的单片机被唤醒，照明灯亮，照明灯接收来自随身矿灯无线标签发送的广播信息，通过井下布置好的WIFI发送到服务器上；照明灯自动开关；减小利用接收信号强度值进行人员定位的误差，提高人员定位精度；如遇紧急情况，井下人员可以利用照明灯上的语音通话模块与井上服务器进行实时通信；人走灯灭，无线充电模块可以随时给人员携带的矿灯进行充能，提高了井下人员的生产效率，符合本质安全；其结构简单功能全面，定位速度快。

Downhole multifunctional intelligent monitoring system and detection method

The utility model relates to a downhole multifunctional intelligent monitoring system and a detecting method thereof, which is suitable for safe use of personnel in underground coal mines. Including wells based on WIFI server, base station, portable lamp, intelligent lighting lamp; the human body in the microwave sensor range, the intelligent induction lamp on MCU is awakened, lighting lighting and light receiving broadcast information from a portable wireless tag transmits the miner's lamp, underground layout by sending good WIFI to the server; automatic lighting switch to reduce the error of the personnel positioning; the received signal strength value, improving the positioning accuracy; in case of emergency, underground personnel can call module and wells server real-time communication using voice lights on; the lights are turned off, wireless charging module can give the miner personnel carry by charging, improve the underground personnel the production efficiency, consistent with the nature of security; it has the advantages of simple structure and comprehensive functions, positioning speed.

【技术实现步骤摘要】
一种井下多功能智能监测系统及检测方法
本专利技术涉及一种监测系统及检测方法，尤其适用于井下安全领域中使用的井下多功能智能监测系统及检测方法。
技术介绍
经济的飞速发展对煤炭的需求提出了更高的要求,但在实际煤矿生产中，矿难事故不断发生，国家和社会不得不注重煤矿生产的安全方面。有效检测井下环境的安全系数，对井下环境进行监测预警，为保障井下人员安全至关重要。煤矿井下没有自然光照射，只能靠人工照明。只采用头戴矿灯作为主要照明光源，照度低，炫光强。工人长期在光线不足的环境下工作容易产生疲劳，影响生产安全。良好的照明尤其重要。现如今，我国煤矿井下的照明系统耗电量又相对较大，而人类赖以生存的能源日益匮乏，因此，节约井下照明用电量同样是重要的一环。煤矿井下不能出现火花，传统的矿灯充电方式不适应于井下，携带者需返回地面，给矿灯充电。由于种种原因，煤矿事故屡有发生，特别是在发生事故时，矿工在井下分布状况及人数的不确定性给事故救援工作带来很大困难。实时了解人员位置，当事故发生时，可以及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。目前井下人员的跟踪定位，基本上采用的是RFID和基于无线传感网络的的定位方法。1、RFID方法RFID方法是在在矿井井口处，或其它井下一些关键通道口，使用射频卡(RFID)读取的方法对下井人员进进记录跟踪的方法。这种方法存在如下几个问题：(1)定位精度低RFID定位原理采用基站对识别卡进行扫描，识别卡进入基站范围后，确认该人员处于基站周围，其定位精度完全取决于基站的布置密度，无法判断人员处于基站覆盖区的具体位置和覆盖区外的具体位置。(2)在高速条件下定位人员漏检率较高射频卡这种系统读卡速度十分有限，不能处理多人同时快速通过读卡系统的情况(例如乘车下井、多人一超行走)，此时，系统往往会出现漏读；提高系统在高速、大流量下识别的准确性是人员定位系统面临的一个难题。总之，现有的RFID射频读写系统(包括SuperRFID)，很难实现井下人员的区域定位和井下人员的考勤，从使用的技术上不能实现真正意义上的井下人员定位跟踪。2、基于无线传感网络的定位方法常见的无线传感网络定位算法多是采用基于RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)的定位方式，采用无线终端采集到的RSSI值，通过RSSI与终端到传感网络节点的距离的对应关系来实现人员定位。这种方法存在RSSI与终端到传感网络节点的距离的对应关系存在偏差：井下环境势必会引起信号多径效应，RSSI会因信号多径传播引起的小尺度阴影衰落而不再随传播距离增加单调递减，从而限制测距精度。多径传播也会导致RSSI幅度波动，在典型实验室环境下，一台静止的接收机在1分钟内接收到的RSSI可能出现5dB的波动。这种多径传播造成的RSSI波动也会导致定位时出现偏差。
技术实现思路
针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，功能全面，当有人经过时，会自动点亮照明灯，为井下人员提供照明，同时定位该人员位置的井下多功能智能监测系统及检测方法。为实现上述技术目的，本专利技术的井下多功能智能监测系统，包括设在井下的多个智能定位照明矿灯、多个WIFI无线基站、随身矿灯和设置在井上的服务器，所述多个智能定位照明矿灯通过线路相互连接，并最终与井上服务器相连接，其特征在于：所述智能定位照明矿灯包括环境监测模块、语音通话模块、WIFI模块、无线充电模块、微波传感器、射频器、单片机、继电器、变压器、蜂鸣器、照明灯、预警灯和电池；单片机的输入端分别与微波传感器、环境监测模块和射频器相连接，单片机的输出端分别与无线充电模块、WIFI模块、继电器、预警灯、蜂鸣器相连接，继电器与照明灯相连接，单片机还与语音通话模块相连接，多个WIFI无线基站通过光纤连接到井上服务器，WIFI无线基站之间通过无线信号或光纤通讯；所述随身矿灯包括便携式照明灯和电源，电源上设有无线标签。所述环境监测模块包括氧气、一氧化碳和甲烷气体浓度检测传感器，通过给单片机设定检测气体的浓度阀值，当检测到的气体浓度超过或低于预设阀值，单片机被唤醒，通过蜂鸣器和预警灯进行警报。所述WIFI无线基站每隔10m-100m安装在井下巷道壁上。所述每两个感应灯之间间距为定值，该定值为15米。当随身矿灯电量不足时，利用无线充电接收线圈在磁感应范围内，通过磁共振进行持续充能。所述智能定位照明矿灯利用电缆和电池供电，当电缆断路时能定位照明矿灯自动使用电池供电。一种使井下多功能智能检测方法，其步骤如下：a.利用井上服务器对预备下井的随身矿灯的无线标签进行ID编号，同时对井下多功能智能监测系统中的所有智能定位照明矿灯进行ID编号，并在服务器中绘制出各个编号的智能定位照明矿灯在巷道中的位置；b.井下多功能智能监测系统中的智能定位照明矿灯利用微波传感器恒定检测巷道中是否存在进行广播的随身矿灯无线标签，其中微波传感器扫描范围为15米；c.当微波传感器扫描到当前巷道端中存在随身矿灯的无线标签，则向单片机发出唤醒信号，同时单片机控制照明灯打开，对扫描到人体经过的巷道段区域进行照明，同时单片机唤醒环境监测模块对此段巷道的环境数据进行采集，将采集到的数据与预设在单片机内数据比较，若数据不超过预设警戒值则单片机控制环境监测模块休眠，若检测数据超过超过预设警戒值，则单片机控制蜂鸣器和预警灯进行报警，同时单片机通过WIFI无线基站组成的无线网向井上服务器发出信号，服务器获取信号从而定位出各个ID编号的随身矿灯处于巷道的位置，并获得各ID编号的随身矿灯所处区域的环境数据；如遇井下事故导致供电系统瘫痪，自动启用备用电池供电，d.当微波传感器扫描不到当前区域内存在无线标签时，则向单片机发送相应信息，单片机开始倒计时，计时结束后关闭照明灯。当智能定位照明矿灯检测到随身矿灯的无线标签后，利用射频器向无线标签发送当前智能定位照明矿灯的ID编号，若无线标签在收到ID编号后预设周期时间内没有收到新的ID编号，即无线标签在周期时间内只收到一个智能定位照明矿灯的ID编号时，则无线标签利用射频器向此智能定位照明矿灯发出激活指令，通过智能定位照明矿灯激活与其连接的后一个智能定位照明矿灯单片机，使后一个智能定位照明矿灯打开照明灯，同时采集周围的环境数据并向无线表现发送相应数据。所述定位出随身矿灯处于巷道的位置方法为：当随身矿灯的无线标签收到至少两个智能定位照明矿灯n、智能定位照明矿灯n+1反馈的无线信息时，智能定位照明矿灯n、智能定位照明矿灯n+1对无线标签进行信息接收，无线标签在0.1秒内各自发送到智能定位照明矿灯的多组不同RSSI信息，智能定位照明矿灯n和智能定位照明矿灯n+1将各个接收信号强度RSSI值记录下来，并通过网络将记录下来的各个信号强度RSSI值发送给井上服务器，信息包含该无线标签的ID编号，智能定位照明灯ID编号，随身矿灯利用射频器向智能定位照明矿灯进行广播，井上服务器利用高斯校正模型：p0＝p+x0，对接收到的各个RSSI值进行修正，减少RSSI随机误差，提高RSSI的可用性，式中，p0表示测量的RSSI值，单位为dBm；p为稳定值，单位为dBm；x0为随机误差，单位为dBm；设服务器接收到照明灯n发送的RSSI值为X，则X服从正态分布X～N(μ,σ2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下多功能智能监测系统，包括设在井下的多个智能定位照明矿灯、多个WIFI无线基站、随身矿灯和设置在井上的服务器，所述多个智能定位照明矿灯通过线路相互连接，并最终与井上服务器相连接，其特征在于：所述智能定位照明矿灯包括环境监测模块、语音通话模块、WIFI模块、无线充电模块、微波传感器、射频器、单片机、继电器、变压器、蜂鸣器、照明灯、预警灯和电池；单片机的输入端分别与微波传感器、环境监测模块和射频器相连接，单片机的输出端分别与无线充电模块、WIFI模块、继电器、预警灯、蜂鸣器相连接，继电器与照明灯相连接，单片机还与语音通话模块相连接，多个WIFI无线基站通过光纤连接到井上服务器，WIFI无线基站之间通过无线信号或光纤通讯；所述随身矿灯包括便携式照明灯和电源，电源上设有无线标签。

【技术特征摘要】
1.一种井下多功能智能监测系统，包括设在井下的多个智能定位照明矿灯、多个WIFI无线基站、随身矿灯和设置在井上的服务器，所述多个智能定位照明矿灯通过线路相互连接，并最终与井上服务器相连接，其特征在于：所述智能定位照明矿灯包括环境监测模块、语音通话模块、WIFI模块、无线充电模块、微波传感器、射频器、单片机、继电器、变压器、蜂鸣器、照明灯、预警灯和电池；单片机的输入端分别与微波传感器、环境监测模块和射频器相连接，单片机的输出端分别与无线充电模块、WIFI模块、继电器、预警灯、蜂鸣器相连接，继电器与照明灯相连接，单片机还与语音通话模块相连接，多个WIFI无线基站通过光纤连接到井上服务器，WIFI无线基站之间通过无线信号或光纤通讯；所述随身矿灯包括便携式照明灯和电源，电源上设有无线标签。2.根据权利要求1所述井下多功能智能监测系统，其特征在于：所述环境监测模块包括氧气、一氧化碳和甲烷气体浓度检测传感器，通过给单片机设定检测气体的浓度阀值，当检测到的气体浓度超过或低于预设阀值，单片机被唤醒，通过蜂鸣器和预警灯进行警报。3.根据权利要求1所述井下多功能智能监测系统，其特征在于：所述WIFI无线基站每隔10m-100m安装在井下巷道壁上。4.根据权利要求1所述的井下多功能智能监测系统，其特征在于：所述每两个感应灯之间间距为定值，该定值为15米。5.根据权利要求1所述的井下多功能智能监测系统，其特征在于：当随身矿灯电量不足时，利用无线充电接收线圈在磁感应范围内，通过磁共振进行持续充能。6.根据权利要求1所述的井下多功能智能监测系统，其特征在于：所述智能定位照明矿灯利用电缆和电池供电，当电缆断路时能定位照明矿灯自动使用电池供电。7.一种使用权利要求1所述系统的井下多功能智能检测方法，其特征在于步骤如下：a.利用井上服务器对预备下井的随身矿灯的无线标签进行ID编号，同时对井下多功能智能监测系统中的所有智能定位照明矿灯进行ID编号，并在服务器中绘制出各个编号的智能定位照明矿灯在巷道中的位置；b.井下多功能智能监测系统中的智能定位照明矿灯利用微波传感器恒定检测巷道中是否存在进行广播的随身矿灯无线标签，其中微波传感器扫描范围为15米；c.当微波传感器扫描到当前巷道端中存在随身矿灯的无线标签，则向单片机发出唤醒信号，同时单片机控制照明灯打开，对扫描到人体经过的巷道段区域进行照明，同时单片机唤醒环境监测模块对此段巷道的环境数据进行采集，将采集到的数据与预设在单片机内数据比较，若数据不超过预设警戒值则单片机控制环境监测模块休眠，若检测数据超过超过预设警戒值，则单片机控制蜂鸣器和预警灯进行报警，同时单片机通过WIFI无线基站组成的无线网向井上服务器发出信号，服务器获取信号从而定位出各个ID编号的随身矿灯处于巷道的位置，并获得各ID编号的随身矿灯所处区域的环境数据；如遇井下事故导致供电系统瘫痪，自动启用备用电池供电，d.当微波传感器扫描不到当前区域内存在无线标签时，则向单片机发送相应信息，单片机开始倒计时，计时结束后关闭照明灯。8.根据权利要求7所述的井下多功能智能检测方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，丁恩杰，樊子良，李家翔，胡延军，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32