物联网技术的嵌入式矿下环境监测系统设计-北极星环境监测网

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引言

在“感知中国”的物联网技术全面发展的环境下，“感知矿山”是中国物联网技术应用中重要的一环，本设计所构建的系统主要完成对矿井下环境参数的监测，实现井下工作人员的定位跟踪、将收集的信息数据存储并上传到监控中心，为煤矿企业的安全生产、管理者制定科学决策提供有效依据。该系统是一个集物联网、互联网、传感器等技术于一体的综合系统，本文篇幅有限，主要阐述该系统的设计方案。

1 系统概述

1.1 系统构成及部署

基于物联网技术的嵌入式矿下环境监测系统，是基于PC、Cortex—A8及Cortex-M0等设计，依托各项互联网、物联网、传感器等技术实现，实现各个矿井井下环境的远程监测、人员位置跟踪，以实现最大限度的矿井环境监测。

系统分为三大模块：服务器端(PC)、数据处理平台(A8)和远程环境监测终端(M0)。

本系统在矿区的安装布置方式如图1所示。

煤矿的矿区特点是单个矿井纵深长，而范围却比较小，各个终端和数据处理中心进行连接时必须使用级联的方式，各个终端相互之间进行逐级上报，M0采集模块完成数据采集，通过ZigBee通信上报到A8前端数据处理中心，然后A8前端模块集中将数据通过WEB方式提供给远程PC后台。

1.2 系统功能描述

系统实现的基本功能主要包括：M0终端安装在矿井的纵深方向，各个M0终端通过ZigBee进行级联，实现整个矿井的分布式数据采集;M0终端实时采集矿下环境数据：温度、湿度、瓦斯浓度、RFID刷卡数据;最靠近数据处理中心的M0终端、通过ZigBee通信，将采集到的环境数据及刷卡信息传送给数据处理中心;数据处理中心(A8)接收到各个M0终端采集的数据后进行统一处理(存储、转发、产生报警信息、更新到核心服务器端);数据处理中心(A8)通过GPRS模块向绑定的手机发送报警信息;数据处理中心(A8)构建嵌入式WEB服务器，用户通过网络和PC进行监控，并进行相应的参数设置;服务器PC端为总的数据处理后台，通过网络连接到各个A8数据处理中心，下载各个数据中心数据以进行二次数据处理。

1.3 系统通信方式

在本系统中，三个模块间使用了以下几种通信方式。

PC后台和A8数据处理中心之间：使用WEB服务的方式，由A8数据处理中心构建的嵌入式WEB服务器，在模块内实现简单的控制网页，PC通过普通网页的方式进行模块的访问和控制。

A8数据处理中心和M0数据采集模块之间：使用ZigBee短程无线的方式进行数据的传输和模块的控制。

A8模块和手机之间：A8模块连接一个GPRS模块，目前主要使用短信的方式，在紧急事件发生时，向用户手机发出短信;同时GPRS模块也可以提供数据连接方式，实现手机端的WEB访问。

各个M0数据采集模块之间：使用ZigBee短程无线通信，在深井内的M0模块由于距离过长，无法和A8进行通信，所以必须使用级联的方式，通过相邻的M0模块进行逐级上报。

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