基于物联网技术的矿山智能监控系统

王 珺，石彬彬

（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

1 系统的总体架构

本研究的目的是实现基于物联网的智能监控系统。完成系统设计涉及两项关键技术：物联网技术和预测性预防性维护（PDM）。物联网技术计划的重点是将两项关键技术集成到系统中。此智能监控系统主要包括无线传感器网络，地下监控中心，地面监控和故障诊断中心。其中有特殊功能的无线传感器节点需要安装在采矿设备主体的指定部位和液压支架，用于收集采矿，液压支架和其他设备的一些工作信号和参数。例如监测到的切割电机的电流与温度，牵引电机电流与温度，行走的位移数以及环境中一氧化碳等气体的实时浓度。收集到的信号往往由DSP处理，然后通过无线MESH网络传输到交换机或无线AP，最后通过光纤继续将其上传到地面上的控制中心。控制中心分析和处理接收的信号。在此期间，任何参数都超过预设值，设备将发出报警信号。设备驱动程序和地面监控中心工作人员在实现后及时做出应急响应。

根据监控系统的三层体系结构及其自身的功能需求，将监控系统的结构设计为三个层面，分别为应用层，功能层和技术层。应用层主要用于实现制造，售后，产品，物流和现场管理等领域的监控。功能层是指监控系统应用后实现的功能。而技术层是用来实施监测系统的技术的发展。

2 系统硬件设计

2.1 Zig Bee设计

该系统的终端节点只能接收、发送与其本身有关的信息，它主要负责收集和传输设备本身的参数和工作环境参数。每个传感器终端节点主要由传感器模块，微处理器模块，无线通信模块和电源模块组成，其硬件结构如图1所示。设备传感器模块用于信息收集，数据转换，并且转换后的数据被发送到微处理器模块。微处理器主要负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理从其他节点收集的数据和数据；Zig Bee无线通信模块负责与其他传感器节点的无线通信，交换控制信息以及发送和接收数据。最终的电源模块主要为传感器节点提供所需的电源。由于每个监控节点应用于恶劣的工作环境，节点的电源电池通常不易更换。因此，需要具有大容量，长使用寿命和免维护操作的高性能电池。

2.2 WiFi技术 （无线保真协议）

WIFI技术是采矿中视频监控和无线通信的理想选择。通信速度一般为11 Mbit/s，通信距离为50m～100 m。在所研究的系统中，WIFI模块硬件MAC层使用Atheros的AR2524芯片，而物理层使用带有功率放大器的单芯片收发器UW2453芯片。WIFI技IEEE802.11X技术的调制解调采用直接序列扩频技术，抗干扰能力强，数据传输速度快，传输速率最大可达108Mbps，数据传输距离达数百米，可用来组建大型无线网络，但设备比较昂贵，技术比较复杂，其应用收到一定的限制。

2.3 系统软件设计

基于物联网背景下的多设备监控系统的设计中的软件设计主要是依靠互联网技术中的软件处理技术以及计算机编程技术。该系统的软件设计主要包括控制电路初始化程序，监控程序和Zig Bee无线节点程序。监控程序由VB6.0开发首先，对系统中具体的各个部分进行初始化，激活每一个无线传感节点以及监控机器，收集他们工作时的状态，接着对采集到的数据进行精确化处理，采集到的数据再继续发送至ZigBee传感节点。

此时调节器节点会自动确定系统的控制状态。如果此节点处于手动的控制状态，程序将会自动结束并由实地的控制工作站执行应有控制。如果处于自动控制的状态，数据异常传感器节点可以在现场报警，并通过ZigBee网络，WIFI局域网以及光纤网络传输给地面上的控制中心，交给他们分析处理、显示并控制采矿系统的启动和停止，调整牵引时速，姿态以及实时定位。

3 实验分析论证

为保证本文提出的基于物联网的多设备监控系统的设计方法对于机器设备的有效性，研究进行实验论证，实验论证采用对同一地区采用不同监控系统进行监控，实施论证实验。为保证实验的严谨性，先采用传统的监控系统的方案，然后采用基于物联网的多设备监控系统，即从电量消耗方面进行对比分析，对于准确性的高低结果曲线如图1所示。

依据上图分析得出，基于物联网的多设备监控系统的设计与传统的监测的电量消耗是截然不同的，物联网背景下的多设备监控系统的设计更具有节约资源性、一致性和准确性，物联网背景下的多设备监控系统设计对于各地区不同的监控结果也更具有说服力，而传统的监测方法的准确性则不稳定，时高时低，而且耗时耗电更长更高，对于测试结果也具有干扰的作用。

4 结语

基于物联网的企业监控技术是目前先进制造领域研究的热点，在矿山开采方面，作为一种新型现代监控方式，它与传统的矿山监控系统有所不同，在物联网的时代背景下，物联网的设备监控系统的设计不仅对企业内部制造工作的完成起到规范化、系统化的作用，还对整个监控系统起着创新作用，此研究在一定基础上，也将为基于物联网技术的矿山监控系统的开发奠定坚实的基础。