基于无线技术的井下综合信息平台(WI-FIzigbee解决方案)

1、基于无线技术的井下综合信息平台 WI-FI+zigbee解决方案2013年03月前言21世纪是采采矿逐步步走向智智能化的的时代。这是整整体科技技进步的的推动，也是矿矿产资源源消费急急剧增长长和开采采、加工工难度日日益提高高激励的的结果。矿业信信息化建建设的目目标是产产生数字字化矿山山。关于于数字化化矿山目目前尚无无准确的的、公认认的定义义。综合合矿业发发达国家家矿山信信息化建建设不同同的战略略设想以以及不同同学者对对数字矿矿山概念念的表达达，对数数字化矿矿山的概概念可以以表述为为由初级级到高级级的三个个层次：矿山数字字化信息息系统反映真实实矿山整整体及相相关现象象的虚拟拟矿山无人矿井井的远程程

2、遥控操操作和自自动化采采矿(MineAutomation，TeleminingRobotic mining)。系统概述述随着当前前新技术术特别是是无线组组网技术术的不断断成熟和和逐步应应用，经经过长期期的考察察和研究究，并考考虑到井井下复杂杂的环境境条件下下系统的的现场实实施和后后期维护护，我矿矿大胆提提出建设设基于无线线技术的的井下综综合信息息平台的设想，此平台台主要是是采用无无线组网网的ZIGBEE技术和WIFI技术的有有机结合合，实现语音音通讯、数据传传输、视视频监控控的三网网合一，实现“五遥”(即遥控、遥测、遥调、遥信、遥视)功能，具具有国际际先进水水平，尚尚属首例例。具体实现现的功能

3、能包括：1、井下人人员定位位；2、井下无无轨设备备定位及及交通管管制；3、井下无无轨设备备和固定定设备状状态实时时监测；4、井下温温度、风风速、粉粉尘等环环境监测测；5、WIFI手机无线线通讯；6、无线视视频监控控；7、人员设设备靠近近报警；8、进入危危险区域域或重点点防护区区域报警警；9、井下人人员紧急急撤离警警示及语语音提示示；10、电子地地磅称重重等等。整体网络络结构本项目涉涉及全新新主要开开发课题题基于无线线技术（zigbee与WIFI）井下综综合信息息平台的的设计与与实现多通道多多任务通通讯规约约的设计计与实现现基于zigbee的车辆自自定位算算法基于zigbee车载通讯讯机设计计基

4、于zigbee的井下交交通信号号管制系系统的设设计与实实现井下人机机定位及及交通管管制系统统数学模模型设计计与实现现多对象、多目标标、多任任务智能能动态库库数学模模型设计计与实现现基于无线线技术（zigbee与WIFI）井下环环境监测测系统其他相关关开发设设计工作作系统主要要分为7个大的组组成部分分Zigbee+WI-FI无线数传传子系统统；人机定位位子系统统；无轨设备备定位模模块人员定位位模块交通信号号控制子子系统；井下环境境安全测测控子系系统；无线语音音通讯子子系统；无线视频频监控子子系统；调控中心心子系统统；Zigbee+WI-FI无线数传传子系统统Zigbee+WI-FI无线数传传子系

5、统统；因金矿井井下巷道道结构复杂杂、湿度度大、腐腐蚀性强强。且为24小时不间断生生产。采用有有线网络络进行系系统建设设，施工工难度大大、系统统维护与与扩容复复杂。本系统建建设目标标是为井井下建设设多业务务综合信信息平台台，要求求系统在在建设后后具备良良好的扩扩容性，如采用用有线网网络，满满足语音音、视频频、数据据三网合合一的多多业务平平台建设设，需要要在原有有的有线线系统进进行分支支，线路路复杂且且系统融融合性难难以把握握。综合考虑虑以上因因素，我我们提出出采用zigbee+WI-FI的无线数数传骨干干系统。采用当当今世界界先进的的zigbee和WIFI无线技术术对整井井下进行行覆盖，在井下下

6、建设一一条zigbee与WIFI双网覆盖盖数据通道道，完全全满足人人机定位位、交通通信号控控制、环环境安全全数据测测控、语语音通讯讯、视频频监控等等业务的的开放性性无线数数据平台台。施工简单单、维护护方便、扩容便便捷。并能够够为为未未来系统统扩容预预留足够够的支撑撑能力。系统特点点系统先进进性：骨干数传传系统设设计融合合了当今今世界最最先进的的zigbee技术和WIFI技术作为为基础，系统的的设计理理念创立立了具有有国际领领先的全全无线数数字化矿矿山概念念。系统开放放性：网络技术术设计及及网络设设备选型型遵从国国际标准准及工业业标准，可以满满足数字字化矿山山各种应应用的接接入需求求，使网网络具

7、有有高度的的开放性性和技术术上的兼兼容性。系统可伸伸展性：网络设计计在充分分考虑当当前情况况的同时时，从分分考虑到到今后较较长时期期内生产产发展的的需要及及其他系系统的接接入需要要，留有有充分的的升级和和扩充的的可能性性。充分分利用现现有通讯讯微波资资源，为为以后扩扩充到更更高速率率提供充充分的余余地。另另一方面面，还为为网络规规模的扩扩展留有有充分的的余地。WIFI设备选型型WIFI组网原理理关于带宽宽损耗：每台设备备上面具备两个个WIFI无线模块块，其一用用做链路路连接(SU)，另一个个用作无无线传输输与覆盖盖(AP)。AP接收到WI-FI手机或下下一级设设备返回回数据，经CPU处理送入入

8、SU模块，SU模块再向向上一级级设备AP发送。每两台WI-FI设备间都都是保证证最高54Mbps的网络带带宽，从从而保证证整个链链路带宽宽不损耗耗。所有安装装的无线线设备全全部符合合802.11b/g标准，每每台设备备能够达达到最高高54Mbps的网络带带宽。关于时延延所安装的的无线设设备工作作在网桥桥模式，每个无无线覆盖盖点的延延迟将基基本可控控制在2毫秒内，这样系系统总延延迟将控控制在502100毫秒范围围内。关于覆盖盖：为了保证证无线网网络信号号强度达达到更好好的覆盖盖效果，在每台台设备上上加装10dB全向吊装装天线。关于同频频干扰：由于井下下巷道并并非一直直线通道道，所以以在巷道道的每

9、一一个拐弯弯处都需需要加装装一台无无线设备备，同时时巷道与与巷道的的岩体形形成天然然隔离屏屏障，保保证设备备间同频频干扰降降到最低低。Zigbee+WIFI一体化基基站方块块图人员身份份卡电子车牌牌定位读卡卡器信号控制制各种传感感器各种仪表表其他小数数据量设设备Zigbee无线网络络WIFI手机IP摄像机宽带上网网WIFI无线网络络CPUZigbee基站WIFIAP模块WIFISU模块2.4GWIFI无线上一级基基站WIFIAP模块井下zigbee+WI-FI组网示意意图Zigbee+WIFI人机定位位子系统统人员定位位模块无轨设备备定位模模块人机定位位子系统统新城金矿矿353到550主斜坡道

10、道每隔25米放置一一个读卡卡器定位位器，卡卡车配置置无线车车牌，并并在卡车车安装一一套通讯讯显示系系统显示示车辆自自身位置置和其他他卡车位位置。其其他巷道道根据定定位要求求在巷道道、岔口口、工作作面设置置读卡定定位器。采集人人员车辆辆位置信信息送入入无线数数传子系系统。人员定位位模块人员在定定位读卡卡器范围围内即可可即时在在系统上上显示，如在盲盲区会显显示盲区区人员数数量和信信息；系统具备备行为监监测分析析功能，对异常常卡片（一人多多卡）进进行记录录，备查查。人员乘坐坐交通工工具（吉吉普车）下井时时，吉普普车车载载定位器器，读取取信息，随车辆辆定位信信息送入入调控中中心系统统，人员员上车，下车

11、即即可更新新记录。危险区域域控制告警软件参考考界面历史查询询主界面面系统主界界面按人员姓姓名考勤勤信息查查询界面范围围人员查查询按时间段段考勤信信息查询询车辆定位位模块车辆定位位功能技技术难点点：斜坡道车车辆众多多，运行行速度快快；斜坡道联联外口、中段、巷道口口众多且且分布密密集；车辆定位位信息为为信号灯灯系统、避让规规则、后后台管理理系统提提供数据据支持；因车辆运运行速度度较快，并且要要求卡车车实时向中中心系统统上传准准确的位位置信息息，为信号号灯系统统提供控控制信息息，其他他车辆和和人员根根据信号号灯系统统采取有有效的避避让措施施，保证证运矿卡卡车顺利利运行，提高斜斜坡道运运行效率率，保障

12、障深部提提升任务务的完成成。车辆定位位模块实实施是否否成功关键点在在于是否否可以真真实即时时的将车车辆的位位置信息息上报给给系统，要求卡卡车上报报位置信信息与真真实信息息时延小（1秒以内）是系统建建设成功功与否的的关键。总结以上上问题对对卡车定定位模块块进行了了详细的的论证分分析，采采用卡车车自定位位方式，卡车根根据主斜斜坡道附附近定位位读卡器器反馈场场强信息息（RISS）进行综综合计算算，得出出自身位位置坐标标，上报报给中心心系统，系统根根据卡车车位置信信息触发发信号系系统规则则和通知知其他车车辆避让让。执行序号执行内容说明1卡车轮询定位读卡器卡车主动向附近定位读写器发送请求，要求定位读写器

13、返回位置信息和与定位读写器通讯场强信息。2定位读写器反馈信息定位读写器收到卡车请求，反馈自身坐标和场强信息给卡车3定位卡车根据定位读写器反馈信息计算出自身位置信息，并在自身车在系统显示。4上传卡车将自身ID和位置信息上传至系统5系统处理系统根据卡车定位信息，将信息在电子地图上标绘并进行记录6下发信息系统根据规则向信号系统、其他卡车下发变灯指令和，位置信息广播。通过上述述功能的的创新，卡车可可以在100ms内完成自身身定位，通过无无线数传传系统上上传至调调度中心心，调度度中心显显示和下下发指令令灯一系系列动作作即可在在1秒内完成成。本项项功能的的实现，可以完完全满足足新城金金矿车辆辆定位功功能需

14、求求，也为为生产调调度提供供了强大大的技术术支持手手段。交通信号号控制子子系统交通信号号控制子子系统；信号系统统具有自动动指挥交交通功能能 ，满满足多辆辆车、多多种运输输方式这这一复杂杂条件下下的信号号控制。它是根据据电卡及及沃尔沃沃在斜坡坡道上的的车位变变化而自自动改变变信号灯灯的显示示，以向向其它车车辆发出出开车、停车、退出干干线避让让等指示示，并实实现沃尔尔沃避让让电卡、电卡优优先通行行，防止止发生迎迎面或追追尾事故故，确保保交通安安全，提提高通行行效率。卡车运行行流程信号灯变变灯流程程车辆上行行或下行行单车多车当车辆上上行或下下行时，并不是是一台车车，可能能为2台车或更更多车辆辆同方向

15、向行驶。鉴于车车辆之间间有间隔隔距离，所以在在控制信信号灯时时应为上上行禁止止或下行行禁止优优先权高高于绿灯灯。由于卡车车在装矿矿站装矿矿，在信信号灯控控制方面面可在-50装矿站、550米装矿站站和-343卸矿场，安装双双向读卡卡器，可可判断卡卡车进出出信息。当卡车进进入上述述区域时时，本车车对信号号灯控制制结束，不再控控制任何何信号灯灯变灯。流程演示示前方慢车车让行卡车通过过变灯逆向避让让电子地磅磅1.数字式称称重传感感器采用用数字技技术，能能对温度度系数、非线性性、滞后后和蠕变变等进行行自动数数字化补补偿；2.仪表操作作方便、功能丰丰富、存存储功能能强。3.汽车衡钢钢结构秤秤台采用用秤台采

16、采用U形载面的的冷弯型型钢组焊焊成多个个梯形封封闭腔的的平台，整体刚刚度、抗抗扭性能能及台面面的局部部刚度都都有很大大的提高高。4.全部构件件钢板经经抛丸除除锈处理理，采用用环氧富富锌底漆漆和丙稀稀酸船用用漆，耐耐磨耐压压耐老化化，防锈锈性能大大大提高高，保证证了产品品质量稳稳定5.秤台设计计模块化化、标准准化、系系列化，可自由由组合成成多种规规格6.系统设计计具有防防二次雷雷击功能能，整个个汽车衡衡系统环环境适应应度强、计量性性能优越越、准确确度高、长期稳稳定幸好好、安装装调试维维护方便便，是具具有国际际先进水水平的计计量设备备。数字式电电子汽车车衡功能能特点：1、模块化化、标准准化、系系列

17、化秤秤台，多多单元组组合2、自动复复位传力力机构3、不锈钢钢全密封封桥式传传感器，防水防防腐能力力强4、数字信信号输出出，可远远距离传传输5、环境适适应性强强：防潮潮、防腐腐、抗射射频干扰扰6、故障自自诊断，称重数数据记忆忆7、人机对对话，键键盘设定定/校正8、多种存存储功能能：车号号、皮重重存储，货物分分项累计计和总累累计存储储9、多种数数据报表表输出/自动打印印10、具有防防二次雷雷击及防防浪涌电电压功能能数字式电电子汽车车衡其他他特点：数字变换换技术及及补偿技技术1、称重传传感器内内部含有有模数转转换装置置及CPU处理单元元2、用数字字技术实实现传感感器的非非线性、温度性性能等叁叁数的自

18、自动补偿偿3、实现了了更换传传感器後後免校秤秤的优点点数字化校校准技术术1、使衡器器偏载(四角)校准一次次自动完完成2、可以根根据需要要修改衡衡器的量量程系数数和零点点数值，使每只只传感器器的系数数和零点点叁数一一致数字通讯讯技术1、总线结结构便于于多个称称重传感感器的应应用，在在同一个个系统中中最多可可接32只称重传传感器2、采用RS485总线技术术，实现现信号的的远距离离传输，传输距距离不小小于1000米3、输出数数字信号号达3-4V，抗干扰扰能力强强，同时时提高了了系统防防雷击能能力智智能化技技术4、可根据据软件指指令更改改传感器器特性参参数5、故障自自动诊断断，出错错信息代代码提示示功

19、能6、防止利利用简单单电路改改变称量量信号大大小作弊弊井下环境境安全测测控子系系统井下环境境监测模模块井井下设备备测控模模块井井下安全全预警模模块井下环境境监测矿山井下下环境是是非常复复杂的，矿井巷巷道内的的风速、温度、湿度、粉尘、各类气气体含量量、对矿矿山井下下工作人人员的健健康乃至至生命安安全有着着重要的的影响。现有的的井下环环境监测测系统，多采用用有线技技术进行行网络组组建。这这类方案案的缺点点是扩展展性能差差，布线线繁琐。由于采采用硬线线连接，线路容容易老化化或遭到到腐蚀、磨损，故障发发生率较较高，误误报警率率高。采用无线线传输方方式构建建的无线线传感器器网络恰恰好可以以避免这这些问题

20、题。相对对而言，无线的的方式比比较灵活活，避免免了重新新布线的的麻烦，无线网网络可以以适应移移动或变变化的需需要。本本系统设设计了一一个基于于Zigbee+WIFI无线网络络的矿山山井下环环境监测测系统，可以监监测井下下的温度度、湿度度、风速速和粉尘尘值等。组网示意意图采用zigbee无线终端端模块结结合温度度、湿度度、风速速等环境境监测传传感器开发便携携式环境境监测传传感终端端设备。所有器件件采用低低功耗元元件，用用电池供电电可工作作工作25年，环境监监测设备备可随需需要安装装，移动动不必受受电源及及数据线线路限制制。所有zigbee环境监测测传感终终端，都都可方便便的接入入基于zigbee

21、+WIFI的无线骨骨干数传传系统中中，上传传至监控控中心。井下设备备测控基于无线线技术（zigbee+WIFI）的井下下综合数数据平台台同样可可以为井井下设备备测控提提供服务务。将zigbee终端模块块与计量量仪表、自动化化设备对对接，并并开发相相关协议议接口。依托覆覆盖井下下无线数数据平台台即可方方便的与与井上测测控中心心远程测测控系统统通讯。系统开开发及建建设周期期短，维维护方便便。井下能源源计量（电、水水、热、风）井下变电电系统状状态监测测及远程程控制井下泵房房设备状状态监测测及远程程控制井下其他他自动化化设备状状态监测测及远程程控制井下安全全预警随着开采采进一步步深入，深部巷巷道压力力

22、大、地地温高、地质条条件复杂杂，显现现出原岩岩应力增增大、构构造应力力显现剧剧烈、岩岩体强度度降低和和围岩塑塑性区域域增大等等特征。利用先进进技术手手段，科科学分析析深部巷巷道矿压压显现特特征和规规律，建建立相应应的灾害害预警决决策支持持系统作作是数字字化矿山山建设的的重要组组成部分分。基于无线线技术（zigbee+WIFI）的井下下综合信信息平台台可为岩体边坡坡工程安安全监测测数据管管理与分分析网络络系统提供高效效的数据据采集与与传输平平台。无线语音音通讯子子系统无线语音音通讯VOIP为近年推推出的新新型技术术，可利利用现有有的IP数据网络络实现免免费语音音通讯，且利用用井下WI-FI无线网络络即可实实现低成成本的井井下无线线语音通通讯。基本通话话功能井下WI-FI电话井下WI-FI电话井下WI-FI电话局域网矿内有线线电话系系统井下WI-FI电话局域网矿外电话话手机井下WI-FI电话广域网其他地市市IP电话如系统扩扩展应用用可将整整个集团团电话网网连接成成内部电电话网络络,内部沟通通免费.无线视频频监控子子系统无线视频频监控系系统网络数字字监控系系统是集集传统CCTV监控报警警技术、多媒体体技术、计算机机网络和和通信技技术等多多领域技技术于一一体的监监控系统统换代产产品，它它实现了了在计算算机局域域网（LAN）、广域域网（W