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1、(10)申请公布号 CN 103616881 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103616881 A (21)申请号 201310655296.6 (22)申请日 2013.12.05 G05B 19/418(2006.01) (71)申请人 安徽理工大学 地址 232001 安徽省淮南市舜耕中路 168 号 (72)发明人 程军辉 唐超礼 黄友锐 曲立国 韩涛 张超超 (54) 发明名称 基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统 (57) 摘要 本发明涉及一种基于 ZigBee 的煤矿井下水 泵房监控系统， 其特征在于 ： 所述系统 1 台计算 机、 1 个 ZigB。
2、ee 协调器节点和多个 ZigBee 终端节 点， ZigBee 协调器节点包括控制模块、 串口模块、 JTAG 调试接口模块、 按键模块、 报警模块和电源 模块， Zigbee 终端节点包括控制模块、 JTAG 调试 接口模块、 参数采集模块和电源模块。 计算机负责 对系统的实时监控和发出控制指令， 协调器节点 负责与各终端节点和上位机通信， 收集各终端节 点发送来的信息并处理， 并将处理后的信息发送 给上位机， 终端节点通过参数采集模块采集实时 的环境信息。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请。
3、 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103616881 A CN 103616881 A 1/1 页 2 1. 基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统， 其特征在于 ： 所述系统包括 1 台计算机、 1 个ZigBee协调器节点和多个ZigBee终端节点。 计算机负责与协调器节点进行通信， 实时接 收协调器发送过来的信息， 并在上位机显示或者发出控制信号， 协调器节点负责与上位机、 终端节点通信， 接收终端节点发送的信息并处理， 将处理后的信息发送给上位机， 终端节点 通过参数采集模块采集实时的运行状态参数。 2. 根据权利要求 1 所述的基于 ZigBee。
4、 的煤矿井下水泵房监控系统， 其特征在于 ： 所述 ZigBee 协调器节点包括控制模块、 串口模块、 JTAG 调试接口模块、 按键模块、 报警模块和电 源模块。 3. 根据权利要求 1 所述的基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统， 其特征在于 ： 所述 ZigBee 协调器节点通过串口与上位机通信， 将 ZigBee 协调器节点发送过来的信息处理后 发送给上位机， 并且会定时的查询各终端节点的工作状况。 4. 根据权利要求 1 所述的基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统， 其特征在于 ： 所述 Zigbee 终端节点包括控制模块、 JTAG 调试接口模块、 传感器模块和电源。
5、模块。 5. 根据权利要求 1 所述的基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统， 其特征在于 ： 所述 Zigbee 终端节点通过参数采集模块实时的采集水泵房的水位深度、 电机转子的电压和电 流、 电机和水泵的温度、 水泵进水管真空度和水泵出水口压力等运行状态参数。 权 利 要 求 书 CN 103616881 A 2 1/3 页 3 基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统 技术领域 0001 本发明属于煤矿安全领域， 涉及一种基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统。 背景技术 0002 我国是一个产煤大国， 现在我国的能源结构中占比例最大的仍然是煤矿。随着矿 井深度的增加， 。
6、井下开采环境的恶化， 煤矿井下的安全就显得尤其重要。 井下水泵房是井下 排水系统的核心， 主要职责是将井下各水平的矿井水抽出并排到地面。 它稳定、 高效的运行 是煤矿井下安全的重要保证。目前煤矿上所使用的水泵房监控系统大多数结构简单， 并且 采用有线传输方式。 加上井下布线复杂， 线路和设备装拆频繁， 有线传输方式的安全性得不 到保障。 0003 近年来， 信息技术发展迅速， 物联网技术就是时代发展的产物， 也是未来科技发展 的必然趋势。 物联网技术强调通过物体与物体之间相连构成一个互联的、 无线的传感网络， 就如同现在的互联网， 以此来改变人们的生活。ZigBee 技术就是无线传感网络中一种。
7、低成 本、 低功耗、 近距离、 短时延和高容量的无线传输技术。 0004 本发明基于 ZigBee 技术， 通过与 ZigBee 终端节点相连的参数采集模块对水泵房 的运行状态参数进行采集， ZigBee 协调器节点将 ZigBee 终端节点发送来的信息进行处理 并发送给上位机， 最终通过上位机显示水泵房的运行状态， 同时可实现报警和阈值调整的 功能。 采用无线传感网络实现信息的无线传输避免了有线传输带来的问题， 达到实时、 稳定 监测水泵房运行情况的的功能。本发明是基于现有技术的改进和扩展。 0005 本发明的一个优点是提供一种由分布在终端节点的传感器实时的采集信息， 终端 节点可以与协调器。
8、节点进行实时通信。 0006 本发明的另一优点是 ZigBee 终端节点采用可选工作方式， 大大减少终端节点的 能量损耗， 提高了系统的稳定性。 0007 本发明的另一个优点是通过协调器节点与上位机的实时通信， 将水泵房的实时运 行状态直观的显示在计算机。 发明内容 0008 本发明包含一种水泵房运行状态监测装置和一种系统工作方法。 水泵房各装置的 运行状态参数通过分布在各终端节点的参数采集模块采集， 并将信息发送给协调器， 协调 器处理后发送给上位机， 通过上位机进行监测。 若发现某个装置的运行状态出现问题， 则会 向协调器发出报警信号。同时可以通过上位机设置报警阈值、 监测参数和查询选项。。
9、 0009 为了实现上述功能， 本发明所采用的技术方案为 ： 0010 基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统， 其特征在于 ： 所述系统 1 台计算机、 1 个 ZigBee 协调器节点和多个 ZigBee 终端节点， ZigBee 协调器节点包括控制模块、 串口模块、 JTAG 调试接口模块、 按键模块、 报警模块和电源模块， Zigbee 终端节点包括控制模块、 JTAG 调试接口模块、 参数采集模块和电源模块。 计算机负责对系统的实时监控和发出控制指令， 说 明 书 CN 103616881 A 3 2/3 页 4 协调器节点负责与各终端节点和上位机通信， 收集各终端节点发送来的。
10、信息并处理， 并将 处理后的信息发送给上位机， 终端节点通过参数采集模块采集实时的状态参数。 0011 优选的， 所述控制模块包括 JN5148 无线微控制器。 0012 优选的， 所述 JN5148 无线微控制器包括无线 RF 模块、 电源模块管理、 JTAG 调试接 口、 ADC 模块、 DAC 模块和 32 位 RISC CPU， 具有无线发射功能和模数转换功能。 0013 优选的， 所述报警模块包括蜂鸣器。 0014 优选的， 所述电源模块可由 3.7V 的 653450 锂离子电池供电或者 USB 供电， 0015 优选的， 所述供电电源需通过TPS7333QD DC-DC转换芯片转。
11、换为3.3V方可为系统 供电。 0016 优选的， 所述 ZigBee 终端节点相连的参数采集模块为一个或两个。 0017 优选的， 所述传感器包括 PTG501 负压传感器、 TC77 数字温度传感器、 JD1940-BS4I 电量变送器和 SC-500 投入式液位计。 0018 优选的， 所述传感器可将采集的相应状态参数转换为 4 20mA 的模拟信号。 0019 与现有技术相比， 本发明提供的基于 ZigBee 的煤矿井下水泵房监控系统， 通过采 用模块化设计和嵌入式硬件结构， 使整个系统的通用性更好。而且各终端节点都预留有传 感器的连接接口， 还提供其他附加接口的设置， 可以满足不同应。
12、用场合的需要。 具有良好的 可扩展性和可移植性。此外， 终端节点和协调器节点的通信采用基于 ZigBee 协议的无线传 输方式， 避免了环境对有线连接所造成的影响。 附图说明 0020 1、 图 1 为本发明的总体构架系统框图 0021 2、 图 2 为 ZigBee 协调器节点的系统框图 0022 3、 图 3 为 ZigBee 终端节点的系统框图 具体实施方式 0023 如图 1 所示， 是本系统的总体构架系统框图， 每个 ZigBee 终端节点即为一个状态 参数采集装置， 由与终端节点相连的参数采集模块采集相应的参数， 包括水位深度、 电机转 子的电压和电流、 电机和水泵的温度、 水泵进。
13、水管真空度和水泵出水口压力。 传感将状态参 数转换为相应的 4 20mA 的模拟量， 终端节点的微控制器用其内部的 AD 转换模块将模拟 量转换为相应的数字量。 终端节点数据处理完毕后会向协调器节点发出申请， 若申请通过， 则会将信息以无线的方式发送给协调器节点。协调器节点会对发送来的数据进行处理， 并 将处理结果通过串口发送给上位机， 通过上位机的监控软件监测水泵房系统的工作状态。 若系统出现故障， 则上位机会向协调器发出报警指令， 协调器控制报警电路发出报警信号。 0024 图 2 为 ZigBee 协调器节点的系统框图， 可分为 7 个部分 ： 第一部分为电源模块， 该模块由上位机提供 。
14、+5V 电源， 经 TPS7333QD DC/DC 转换模块将电源转换为 +3.3V 为系统 供电 ； 第二部分为按键模块， 用以改变微控制器的参数设置 ； 第三部分为串口模块， 为协调 器节点和上位机之间的通信提供接口 ； 第四部分为 JTAG 测试接口， 用于终端节点的系统调 试 ； 第五部分为高频天线模块， 用于节点之间通信时发送数据 ； 第六部分为报警模块， 用于 故障情况的报警提示 ； 第七部分为微控制器， 为系统的控制核心， 接收传感器发送的数据并 说 明 书 CN 103616881 A 4 3/3 页 5 进行 AD 转换和处理。 0025 图 3 为 ZigBee 终端节点的系统框图， 其中电源模块由 3.7V 的锂离子电池供电， 参 数采集模块为传感器或测量装置， 可将水泵房的各运行参数转换为 4 20mA 的模拟量， 并 发送给微控制器。该节点的其他部分同 ZigBee 协调器节点部分。 说 明 书 CN 103616881 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103616881 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103616881 A 7 。