[发明专利]一种基于物联网技术的井下通信系统及应用

权利要求书

1.一种基于物联网技术的井下通信系统，包括井下巷道局域网和井上数据中心，井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接，其特征在于，井下巷道局域网包括人员佩戴节点、车辆装配节点、环境监测节点、巷道传输及定位节点和巷道服务器；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点之间采用无线连接，通信频率为F2；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点分别与巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为F2；巷道传输及定位节点之间采用无线连接，通信频率为F1；巷道传输及定位节点与巷道服务器之间采用无线连接，通信频率为F1；不同局域网之间，巷道服务器与其它巷道传输及定位节点之间采用无线或有线连接，无线连接时通信频率为F1；井下巷道局域网内的巷道服务器通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心连接。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的人员佩戴节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。

3.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的车辆装配节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。

4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的环境监测节点，包括微处理器、存储器、RF射频模块、电源和传感器；所述的RF射频模块的通信频率为F2，所述存储器、传感器、RF射频模块和电源分别与微处理器连接。

5.如权利要求2、3或4所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的微处理器为8位或16位微处理器；所述存储器为flash或EEPROM存储器，所述传感器包括温度传感器、瓦斯传感器、压力传感器；所述的通信频率为F2的RF射频模块型号优选CC2420或CC2520。

6.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述巷道传输及定位节点，包括微处理器、存储器、通信频率为F1的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；所述存储器、通信频率为F1的RF射频模块、通信频率为F2的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接；所述的微处理器为16位、ARM7或cortex-M3微处理器之一。

7.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述巷道服务器，包括微处理器、硬盘、数据库、通信频率为F1的RF射频模块、总线接口、电源和传感器；硬盘、数据库、通信频率为F1的RF射频模块、总线接口、电源和传感器分别与微处理器连接。

8.如权利要求7所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的通信频率为F1的RF射频模块优选型号为CC1100的RF射频模块；所述的微处理器为ARM9或ARM11微处理器；所述数据库优选MySQL数据库。

9.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的井下通信系统，其特征在于，所述的通信频率F2为915M或2.4G，F1为315M或433M。

10.一种如权利要求1所述基于物联网技术的井下通信系统的应用，步骤如下：

1)对井下待监测的区域进行分区规划：以单个巷道为独立分区；

2)在每个井下巷道中建立井下巷道局域网：井下巷道局域网，包括人员佩戴节点、车辆装配节点、巷道传输及定位节点、环境监测节点和巷道服务器；巷道传输及定位节点分别采集人员佩戴节点的信息、车辆装配节点的信息、环境检监测节点的信息，并将将信息传输给井上的数据中心对数据进行综合处理分析；

3)巷道传输及定位节点对井下人员、车辆进行定位，对环境监测节点的信息进行采集：

对井下人员定位：人员佩戴节点通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点无线连接，通信频率为F2；

对井下车辆定位：车辆装配节点通过主动汇报和被动汇报信息传输方式与同一井下巷道局域网内最近的巷道传输及定位节点无线连接，通信频率为F2；

对环境监测节点的信息进行采集：环境监测节点与巷道传输及定位节点通过多跳的通信方式进行通信，通信频率为F2；

当井下人员在车辆内时，车辆装配节点将人员和车辆的定位信息进行打包，并与巷道传输与定位节点无线连接；

所述主动汇报信息传输方式为：人员佩戴节点或车辆装配节点周期性向巷道传输及定位节点发送信息，报告人员佩戴节点或车辆装配节点的位置信息；所述被动汇报信息传输方式为：人员佩戴节点或车辆装配节点接收到巷道传输及定位节点发送的定时查询信息后，自动报告井下人员定位和井下车辆定位，上述两种信息传输方式能够根据需要进行自动切换；

4)井下信息传输：

所述井下巷道局域网通过有线、无线或有线无线相交换的方式与井上数据中心传输信息；

在同一井下巷道局域网内，人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点之间采用无线连接进行信息传输，通信频率为F2；人员佩戴节点、车辆装配节点和环境监测节点分别与巷道传输及定位节点无线连接进行信息传输，通信频率为F2；巷道传输及定位节点之间无线连接进行信息传输，通信频率为F1；巷道传输及定位节点与巷道服务器之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为F1；

不在同一井下巷道局域网，巷道服务器与巷道传输及定位节点之间采用无线通信进行信息传输，通信频率为F1；

不在同一井下巷道局域网，巷道服务器与巷道传输及定位节点之间还采用有线通信进行信息传输。