用物联网构建智慧化煤矿底层基础

智慧化矿山的概念推动了煤矿安全生产技术向前发展，实现矿井智慧化应该以物联网为基础，把安全生产技术中的关键要素互联，实现监测、响应、控制，达到高效、稳定、少人无人值守、安全目标。
生产矿井的物联网建设是一个系统工程，基本骨架由终端设备、LoRa局域网、网关、后台服务器组成。下面生产矿井物联网最基础架构示意图。

示意图

• 安全监测通过水位、煤尘、瓦斯、顶板压力、胶带输送机跑偏打滑等多种传感器采集数据，统计得出当前安全生产的各类信息，管理人员根据安全情况采取措施；同时将数据形成图表展示，供专业分管人员决策、查阅、统计分析。
• 自动化控制，根据生产需要，将能够实现远程控制的设备通过web网页等形式控制可安全运行的设备进行生产作业。为了安全，可实现自动与手动自由切换。
• 安全报警系统可以分析人员定位系统，同时检查各个人员所在环境安全状况进行声光报警，通过2G模块电话、短信通知相关人员采取措施或撤离。
• 互联的设备向服务器发送心跳信息反映自身的在线状态，同时发送自身剩余电量。服务器根据终端设备在线情况、电量不足情况向用户提示，避免设备停止工作。网关定期将自身的数据传送给服务器，当更换终端设备时，只需将设备ID写成与故障设备一致即可。

一、终端设备

终端设备是最接近生产现场的设备，通传感器采集数据，通过远程控制自动化设备运行，终端成为计算机与生产联结的纽带。
终端设备各种硬件以STM32 MCU为核心，使用LoRa和网关进行通信。
通过对STM32 MCU进行编程驱动传感器采集数据，通过指令代码传递自动化指令驱动设备安全运行。

二、LoRa通讯

终端设备通过LoRa模块同网关通讯。LoRa模块与MCU正确联结并进行初始化后，通UART模块any()方法监听串口数据，用read()方法接收数据，write()方法发送数据。

通讯可以根据实际情况采用ZigBee、NB–IoT组网，常用的是LoRa。

三、网关

网关向上通过WIFI、移动网络、有线等方式，采用HTTP、JSON等协议联结后台服务器，向下通过LoRa模块联结终端，网关还有手机报警、数据存储、文件备份等功能。

四、服务器端

服务器端包含数据库、中间件、应用程序，是物联网的最顶层，可以实现远程控制、数据分析、预警信息查看。这一层也可以生成物联网数据中心，积累数据做大数据分析。

这四层架构上的讲述到的设备都是可编程的，所以可以定制、可以灵活运用，也能实现扩展，这些方面就是信息人员显示价值的地方。

物联网上设备是种类多，数量大，实际应用中结构相当复杂，本文采用四层结构论从原理上描述生产矿井物联网，只把主要设备与原理进行浅显说明，不当之处请多批评。