CN203761427U - 基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：包括监控中心、矿井口终端设备、至少一个zigbee基站、至少两个传感器节点和至少一个人员节点；每个传感器节点均带有第一温度传感器和气体传感器。本实用新型的显著效果是：传感器节点识别人员节点速度更快，能够随时检测环境温度和有毒气体浓度，对人员进行定位，出现意外时立刻通过RFID天线向人员节点发送信息，人员节点的振动电机振动报警以此来通知井下工作人员，并通过体温传感器实时检测井下工作人员生命迹象，人员节点设置在安全帽上，不增加井下工作人员负担，结构合理，并利用安全帽的空间。

Description

基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***

技术领域

本实用新型涉及煤矿人员安全管理领域，具体地说，是一种基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***。

背景技术

我国是煤炭生产和消费的大国，煤矿的安全生产一直备受关注。目前，由于国家对煤矿安全日益重视，监管力度不断加大，大中型煤矿均已大量装备了煤矿安全监控***，在一定程度上遏制了重特大事故的发生。但是，由于缺乏对井下人员位置信息的监控，目前还普遍存在入井人员管理困难，井上人员难以及时准确掌握井下人员的分布和作业的情况。煤矿井下还存在着一些危险区域，如有害气体超标的区域、绞车运行中的斜巷、设备重地等，这些区域一般禁止工人进入，但井下巷道交错，环境复杂，普通的告示牌或警铃通知方式警示效果不佳。实现入井人员的有效管理、检测、跟踪、定位对于煤矿的安全生产、调度指挥以及事故后的抢险救援都具有重要意义。

由于煤矿工业的特殊性，目前普遍存在下井人员管理困难，井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，一旦事故发生，井上人员缺乏可靠的井下信息，抢险救灾、安全救护的效率低下，效果不理想。煤矿地下工作环境声音嘈杂，即使出现意外进行声光报警，也很有可能无法听见、看见。

现有技术的缺点在于：识别工作人员的速度不够快，检测范围小， 成本高，当遇到险情时，无法及时有效通知井下工作人员。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种传感器节点识别速度快，能够随时检测环境温度和有毒气体浓度，出现意外时及时通知井下工作人员的基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***。

为达到上述目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：包括监控中心、矿井口终端设备、至少1个zigbee基站、至少2个传感器节点和至少一个人员节点；监控中心和矿井口终端设备通过无线方式交互信号，矿井口终端设备第三无线通讯模块的串口模块和zigbee基站的第四串口模块进行信号传输，zigbee基站的第四zigbee无线收发模块和传感器节点的第一zigbee无线收发模块进行无线信号传输，每个传感器节点的第一RFID模块和每个人员节点的第二RFID模块通过天线交互信号，每个传感器节点均带有第一温度传感器和气体传感器。

监控中心对井下情况进行实时采集控制，矿井口终端设备进行控制操作，并接收井下各个传感器节点传输的信号，传感器节点可以采集人员经过的情况，以及采集温度，气体的信号。有险情时，传感器节点迅速向人员节点进行信号传递，人员节点得到警告。矿井口终端设备第三无线通讯模块的串口模块和zigbee基站的第四串口模块进行信号传输，矿井口终端设备和zigbee基站的信号传输主要是用于操作和接受传感器节点采集到的信号，zigbee基站的第四zigbee无线收发模块在矿井下组成传感器节点信息汇集点，每个传感器节点的 第一RFID模块和每个人员节点的第二RFID模块通过天线交互信号，主要用于完成员工在每个传感器覆盖范围内的定位记录，报警信号传输，每个传感器节点上的第一温度传感器用于采集环境温度，气体传感器用于采集可燃和有害气体的含量。

更进一步的技术方案是所述人员节点包括第二微处理器，第二微处理器分别连有振动电机、第二存储器、第二RFID模块和第二降压模块。

振动电机用于发出振动警告，第二存储器用于储存数据资料，第二RFID模块用于和传感器节点、矿井口终端设备进行数据交换，第二降压模块为第二微处理器、振动电机、第二存储器和第二RFID模块提供电力供给。

更进一步的技术方案是所述人员节点设置在安全帽上，所述安全帽包括外壳和外壳内侧的防护层，所述第二RFID模块安装在安全帽的外壳的前部，所述第二微处理器、第二存储器和第二降压模块固设在控制块上，所述控制块安装在防护层中，防护层的内侧的后部还嵌有振动电机。

振动电机安装在安全帽内侧的后部上，佩戴安全帽后，振动电机直接和后脑接触，后脑对振动反应灵敏，能够及时感受到报警信号，在声光报警不起作用的时候，更快速的通知井下人员，人员节点的第二RFID模块和传感器节点之间能传输信号，进行签到，身份识别。人员节点设置在安全帽上不占地方，方便携带，不新增使用者的负担。第二RFID模块安装在安全帽的外壳的前部是为了使收发信息的信号更好，更方便。

更进一步的技术方案是所述安全帽外壳的前部上设有矿灯，安全帽本体外壳顶部设有电源，所述电源连接矿灯和控制块上的第二降压 模块。

采用上述结构，人员节点和矿灯公用一个电源，充分利用资源，节省体积。

更进一步的技术方案是安全帽防护层的内侧的前部还设有体温传感器，该体温传感器和第二微处理器相连。

体温传感器设于安全帽内侧的前部能更准确的检测体温，在佩戴安全帽后，体温传感器刚好和前额体表，此处体温测量准确。可以并通过第二微处理器和连接，通过信号的传递使监控中心得知佩戴者体温信息。

更进一步的技术方案是传感器节点包括第一微处理器，第一微处理器分别连有第一电源模块、声光报警模块、第一存储器、第一zigbee无线收发模块、第一RFID模块、第一温度传感器和气体传感器。

第一微处理器控制该传感器节点，第一电源模块为该传感器节点提供电力，声光报警模块在遇险时发出声音和光线报警，第一存储器进行数据存储，第一zigbee无线收发模块和zigbee基站进行信号传输，第一RFID模块和人员节点进行信号传输，第一温度传感器采集环境温度，气体传感器检测空气中的气体浓度。

更进一步的技术方案是气体传感器是可燃气体中的一种或多种气体传感器。

可以是单一气体检测的传感器，也可以是多种气体同时检测的传感器。

更进一步的技术方案是矿井口终端设备包括第三微处理器，第三微处理器分别连有第三存储器、人机交互部分、调试部分和第三无线通讯模块，其中第三无线通讯模块，包括RFID模块和串口模块。

第三微处理器控制矿井口终端设备，第三存储器进行数据存储， 人机交互部分提供显示和输入，第三无线通讯模块用于和人员节点以及zigbee基站之间进行数据通讯。

更进一步的技术方案是zigbee基站包括第四微处理器，第四微处理器分别连接有第四存储器、第四串口模块、第四zigbee无线收发模块和第四电源模块。

zigbee基站用于采集矿井里面放置的所有传感器的信号，通过跳传经过有线的串口通讯传送给矿井口终端设备。

本实用新型的显著效果是：传感器节点识别人员节点速度更快，能够随时检测环境温度和有毒气体浓度，对人员进行定位，出现意外时立刻通过RFID天线向人员节点发送信息，人员节点的振动电机振动报警以此来通知井下工作人员，并通过体温传感器实时检测井下工作人员生命迹象，人员节点设置在安全帽上，不增加井下工作人员负担，结构合理，并利用安全帽的空间。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型传感器节点的结构示意图；

图3是本实用新型人员节点的结构示意图；

图4是本实用新型矿井口终端设备的结构示意图；

图5是本实用新型zigbee基站的结构示意图；

图6是本实用新型安全帽的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，图1是本实用新型的结构示意图，一种基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，包括监控中心、矿井口终端设备、至少1个zigbee基站、至少2个传感器节点和至少一个人员节点；监控中心和矿井口终端设备通过无线方式交互信号，矿井口终端设备第三无线通讯模块的串口模块和zigbee基站的第四串口模块进行信号传输，zigbee基站的第四zigbee无线收发模块和传感器节点的第一zigbee无线收发模块进行无线信号传输，矿井口终端设备设置有第三无线通讯模块获取人员节点第二RFID模块通过天线发出的交互信号,每个传感器节点的第一RFID模块和每个人员节点的第二RFID模块通过天线交互信号，每个传感器节点均带有第一温度传感器和气体传感器。

监控中心对井下情况进行实时采集控制，矿井口终端设备进行控制操作，并接收井下各个传感器节点传输的信号，还可以进行人员考勤的功能，传感器节点可以采集人员经过的情况，以及采集温度，气体的信号。人员节点和传感器节点进行信号传递，有险情时，人员节点上的振动电机振动发出警告。矿井口终端设备第三无线通讯模块的串口模块和zigbee基站的第四串口模块进行信号传输，矿井口终端设备和zigbee基站的信号传输主要是用于操作和接受传感器节点采集到的信号，zigbee基站的第四zigbee无线收发模块在矿井下组成传感器节点信息汇集点，矿井口终端设备设置有第三无线通讯模块获取人员节点第二RFID模块通过天线发出的交互信号,主要用作员工进矿的签到和考勤，每个传感器节点的第一RFID模块和每个人员节点的第二RFID模块通过天线交互信号，主要用于完成员工在每个传感器覆盖范围内的定位记录，报警信号传输，每个传感器节点上的第一温度传感器用于采集环境温度，气体传感器用于采集可燃和有害气体的 含量；每个人员节点的第二降压模块用于为振动电机和第二RFID模块供电，振动电机用于在收到报警通知信号以后，发出振动，警告携带者。

一般应该在矿井内所有沿线覆盖传感器节点，保证全覆盖，zigbee基站也应该根据传感器设立的范围确定数量和设立的位置，也zigbee基站应保证覆盖所有传感器节点。zigbee基站用有线方式连接至矿井口终端设备。

如图2所示，图2是本实用新型传感器节点的结构示意图，传感器节点包括第一微处理器，第一微处理器分别连有第一电源模块、声光报警模块、第一存储器、第一zigbee无线收发模块、第一RFID模块、第一温度传感器和气体传感器。第一微处理器控制该传感器节点，第一电源模块为该传感器节点提供电力，声光报警模块在遇险时发出声音和光线报警，第一存储器进行数据存储，第一zigbee无线收发模块和zigbee基站进行信号传输，第一RFID模块和人员节点进行信号传输，第一温度传感器采集环境温度，气体传感器检测空气中的气体浓度。

气体传感器是可燃气体中的一种或多种气体传感器，可燃气体可以是氧气、硫化氢和一氧化碳。可以是单一气体检测的传感器，也可以是多种气体同时检测的传感器。声光报警模块可以采用扬声器及报警灯。

如图3所示，图3是本实用新型人员节点的结构示意图，人员节点包括第二微处理器，第二微处理器分别连有振动电机、第二存储器、第二RFID模块、体温传感器和第二降压模块。振动电机用于发出振动警告，第二存储器用于储存数据资料，第二RFID模块用于和传感器节点、矿井口终端设备进行数据交换、体温传感器用于检测井下人 员佩戴位置的相应体温，第二降压模块为第二微处理器、振动电机、第二存储器、第二RFID模块和体温传感器提供电力供给。

如图4所示，图4是本实用新型矿井口终端设备的结构示意图，矿井口终端设备包括第三微处理器，第三微处理器分别连有第三存储器、人机交互部分、调试部分和第三无线通讯模块，其中第三无线通讯模块，包括RFID模块和串口模块。第三微处理器控制矿井口终端设备，第三存储器进行数据存储，人机交互部分提供显示和输入，第三无线通讯模块用于和人员节点以及zigbee基站之间进行数据通讯。

如图5所示，图5是本实用新型zigbee基站的结构示意图，zigbee基站包括第四微处理器，第四微处理器分别连接有第四存储器、第四串口模块、第四zigbee无线收发模块和第四电源模块。zigbee基站用于采集矿井里面放置的所有传感器的信号，通过跳传经过有线的串口通讯传送给矿井口终端设备。

如图6所示，图6是本实用新型安全帽的结构示意图。人员节点设置在安全帽上，所述安全帽包括外壳和外壳内侧的防护层5，所述第二RFID模块3安装在安全帽的外壳的前部，所述第二微处理器、第二存储器和第二降压模块固设在控制块4上，所述控制块4安装在防护层5中，防护层5的内侧的后部还嵌有振动电机7。所述安全帽外壳的前部上设有矿灯2，安全帽本体外壳顶部设有电源6，所述电源6连接矿灯2和控制块4上的第二降压模块。所述安全帽防护层的内侧的前部还设有体温传感器1，该体温传感器1和第二微处理器相连。

人员节点是一种安全帽，振动电机安装在安全帽内侧的后部上，佩戴安全帽后，振动电机直接和后脑接触，后脑对振动反应灵敏，能 够及时感受到可以振动人员头部起到进行报警信号，在声光报警不起作用的时候，更快速的通知井下人员，人员节点的第二RFID模块和传感器节点之间能传输信号，进行签到，身份识别。人员节点为设置在安全帽上其优点在于不占地方，方便携带，不新增使用者的负担。并且直接利用矿灯的电源回路，充分利用资源。第二RFID模块安装在安全帽的外壳的前部是为了使收发信息的信号更好，更方便。人员节点和矿灯公用一个电源，充分利用资源，节省体积。体温传感器设于安全帽内侧的前部内能更准确的检测体温，在佩戴安全帽后，体温传感器刚好和前额体表，此处体温测量准确。可以并通过第二微处理器和连接，通过信号的传递使监控中心得知佩戴者体温信息。体温传感器和振动电机均嵌入在防护层内，可以很好的与人的脑袋贴合，且不会带来不适感。防护层可以采用泡沫塑料或泡沫橡胶等缓冲材料制成。安全帽侧面还设有拉带，引起属于公知常识图中未示出。拉带在使用时，包裹在人的下颚，起到固定头盔的作用。

本实用新型基本功能简述如下：监控中心实时检测，员工携带人员节点即安全帽准备进入矿井，经过矿井口终端设备，通过RFID模块自动考勤。进入矿井工作，走入传感器节点信号覆盖范围，RFID模块自动识别，传感器节点接收信号后，通过zigbee基站回传至矿井口终端设备，记录员工所在位置，进行定位。员工走入下一个传感器节点覆盖范围时下一个传感器进行相同工作：RFID模块自动识别，传感器节点接收信号后，通过zigbee基站回传至矿井口终端设备，记录员工所在位置，进行定位，依次类推。传感器节点还进行温度检测和气体检测，如果温度骤变或气体浓度超标，立刻传输异常信号通过zigbee基站回传至矿井口终端设备，通知井上工作人员，并且通过声光报警模块进行迅速报警，矿井口终端设备接受信号后，控制该 报警的传感器节点附近传感器节点同时发出警报，并通过传感器节点RFID模块通知附近传感器信号覆盖内所有人员节点发出振动报警。启动人员节点的体温传感器，检测员工体温，通过RFID模块回传至传感器节点，在依次转给zigbee基站和矿井口终端设备，监控中心。让井上工作人员了解该员工的生命迹象。

以上实施例仅以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解，其依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：包括监控中心、矿井口终端设备、至少1个zigbee基站、至少2个传感器节点和至少一个人员节点；监控中心和矿井口终端设备通过无线方式交互信号，矿井口终端设备第三无线通讯模块的串口模块和zigbee基站的第四串口模块进行信号传输，zigbee基站的第四zigbee无线收发模块和传感器节点的第一zigbee无线收发模块进行无线信号传输，每个传感器节点的第一RFID模块和每个人员节点的第二RFID模块通过天线交互信号，每个传感器节点均带有第一温度传感器和气体传感器。

2.根据权利要求1所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述人员节点包括第二微处理器，第二微处理器分别连有振动电机、第二存储器、所述第二RFID模块和第二降压模块。

3.根据权利要求2所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述人员节点设置在安全帽上，所述安全帽包括外壳和外壳内侧的防护层(5)，所述第二RFID模块(3)安装在安全帽的外壳的前部，所述第二微处理器、第二存储器和第二降压模块固设在控制块(4)上，所述控制块(4)安装在防护层(5)中，防护层(5)的内侧的后部还嵌有振动电机(7)。

4.根据权利要求3所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的 煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述安全帽外壳的前部上设有矿灯(2)，安全帽本体外壳顶部设有电源(6)，所述电源(6)连接矿灯(2)和控制块(4)上的第二降压模块。

5.根据权利要求3所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述安全帽防护层的内侧的前部还设有体温传感器(1)，该体温传感器(1)和第二微处理器相连。

6.根据权利要求1所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述传感器节点包括第一微处理器，第一微处理器分别连有第一电源模块、声光报警模块、第一存储器、第一zigbee无线收发模块、所述第一RFID模块、所述第一温度传感器和所述气体传感器。

7.根据权利要求1所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述气体传感器是可燃气体中的一种或多种气体传感器。

8.根据权利要求1所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述矿井口终端设备包括第三微处理器，所述第三微处理器分别连有第三存储器、人机交互部分、调试部分和第三无线通讯模块，其中第三无线通讯模块，包括RFID模块和串口模块。

9.根据权利要求1所述基于RFID和zigbee无线传感器网络的煤矿人员安全报警管理***，其特征在于：所述zigbee基站包括第 四微处理器，所述第四微处理器分别连接有第四存储器、第四串口模块、第四zigbee无线收发模块和第四电源模块。