基于矿灯的ZigBee无线预警系统

现有矿灯，大部分不具备无线通信功能，而具备无线通信功能的矿灯大部分不具备ZigBee模块自动组网功能。传统无线通信矿灯是先将数据传输到指挥台，指挥台经过判断，最后再提醒井下其他矿工，井下存在安全隐患。虽然亦能起到报警功能，但是矿上指挥中心不能准确了解井下具体的信息，且井下其他矿工也不能立即知道井下的安全状况，导致无法及时采取有效措施。存在灵活性差，成本高，可靠性差等问题。

    本系统旨在解决现有矿灯存在的问题，提供一种基于矿灯的ZigBee 数传模块自动组网无线预警系统，能够对矿井下瓦斯浓度和温湿度信息进行ZigBee 数据采集，当瓦斯浓度和温湿度超限时，ZigBee模块通过自动组网，将数据传输到路由器节点，由路由器节点再将数据传输给其他矿工和矿上指挥台，矿上指挥台可通过液晶显示器了解到矿井下精确的数据信息，并用LED指示灯和蜂鸣器对相应状况进行报警。若发生塌方等矿难，遇险难矿工可通过路由器节点处的充电口补充电能，提供必要的照明，等待救援人员的到来。

1 系统组成部分

本系统主要由电源部分，照明部分，ZigBee数据采集部分，数据处理部分，ZigBee 无线模块通信部分，显示报警部分。

    电源部分，由锂离子电池供电，稳压电路提供稳定的电压，充电电路提供优良的充电功能。

    照明部分，由LED 灯头提供高效节能的照明功能。

    ZigBee 数据采集部分，由瓦斯传感器和温湿度传感器对矿工周边环境进行数据检测。

    数据处理部分，由集成有模数转换的微处理器先对检测的数据进行模数转换，再对数据进行处理，并对处理的结果做出动作。无线通信部分，由ZigBee 数传模块进行数据的传输，并进行自动组网。

    显示报警部分，由液晶显示器对传感器检测的数据进行显示，方便矿上指挥台对井下的情况有详细的了解，并由LED 灯和蜂鸣器对井下突发状况进行报警[。

2 系统工作方式

系统工作流程图见图1。

图1 系统流程图

矿灯整体构造图见图圆，矿灯采用聚合物锂离子电池供电，采用高亮LED 发光管作为光源，将锂离子电池、充电电路、稳压电路集成在一体化的电池盒中，电池盒可通过充电口给锂离子电池充电。总开关是矿灯设备的总开关，控制矿灯整个电路的开和关。灯开关是矿灯光源部分的开关，控制灯的亮和灭。灯头不仅可通过电池盒供电，而且可通过路由器节点供电，见图2，电源插头可插在电池盒上的充电口，也可插在路由器节点的矿灯充电口，见图3。

     

图2 圆矿灯整体结构             图3 路由器节点

矿灯不仅是照明设备，而且是ZigBee数据采集传感器信息的设备，由瓦斯传感器和温湿度传感器采集瓦斯浓度和温湿度信息，通过ZigBee无线模块自动组网，将信息传递到路由器节点，再由路由器节点将信息传递到其他矿灯和矿上上位机控制台，ZigBee 数据采集采集的信息超过设限范围，矿灯和井上上位机控制台都将通过蜂鸣器和LED 指示灯进行报警，矿上上位机控制台的LCD 显示器将显示所有传感器采集到的信息的最大值，见图4，并且每隔5 分钟清除所有数据，重新显示采集到的最大值，便于矿上指挥人员采取适当的救援措施。

    

图4 上位机控制台           图5 充电口示意图

3 附图说明

图1 为矿灯头；图2 为电池盒；图3 为路由器节点；图4 为上位机监控端。

图中标号：1.LED 灯头；2.散热片；3.塑料背板；4.瓦斯传感器；5.固定槽；6.温湿度传感器；7.电源连接线；8.无线模块及控制电路；9.线路板；10.固定螺丝槽；11.塑料背板；12.电源插槽；13.聚合物锂离子电池；14.控制电路；15.充电口；16.密封型总开关；17.高亮LED 灯；18.电源插槽；19.无线接收天线；20.无线模块及控制电路；21.固定槽；22.锂离子电池；23.电源密封型开关；24.密封型开关；25.电源线插孔；26.LED 指示灯；27.无线接收天线；28.无线模块及控制电路；29.液晶显示器。

4 结束语

目前我国矿难时有发生，采矿安全越来越得到人们的重视。本系统基于矿灯开发一种利用ZigBee数传模块自动组网的无线预警系统，有效的降低矿井下的安全隐患，随着ZigBee无线模块通信技术的不断成熟，该系统在煤矿井下的应用将具有很大的发展前景。