导言
在“感知我国”的物联网技能全面发展的环境下，“感知矿山”是我国物联网技能运用中重要的一环，本规划所构建的体系首要完结对矿井下环境参数的监测，完结井下作业人员的定位盯梢、将搜集的信息数据存储并上传到监控中心，为煤矿企业的安全出产、办理者拟定科学决策供给有用依据。该体系是一个集物联网、互联网、传感器等技能于一体的归纳体系，本文篇幅有限，首要论述该体系的规划方案。
1 体系概述
1.1 体系构成及安置
依据物联网技能的嵌入式矿下环境监测体系，是依据PC、Cortex—A8及Cortex-M0等规划，依托各项互联网、物联网、传感器等技能完结，完结各个矿井井下环境的长途监测、人员方位盯梢，以完结最大极限的矿井环境监测。
体系分为三大模块：服务器端(PC)、数据处理渠道(A8)和长途环境监测终端(M0)。
本体系在矿区的装置安置方法如图1所示。
煤矿的矿区特点是单个矿井纵深远，而规模却比较小，各个终端和数据处理中心进行衔接时有必要运用级联的方法，各个终端相互之间进行逐级上报，M0收集模块完结数据收集，经过ZigBee通讯上签到A8前端数据处理中心，然后A8前端模块集中将数据经过WEB方法供给给长途PC后台。
1.2 体系功用描绘
体系完结的根本功用首要包含：M0终端装置在矿井的纵深方向，各个M0终端经过ZigBee进行级联，完结整个矿井的散布式数据收集;M0终端实时收集矿下环境数据：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、经过ZigBee通讯，将收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)接纳到各个M0终端收集的数据后进行一致处理(存储、转发、发生报警信息、更新到中心服务器端);数据处理中心(A8)经过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，用户经过网络和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，经过网络衔接到各个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 体系通讯方法
在本体系中，三个模块间运用了以下几种通讯方法。
PC后台和A8数据处理中心之间：运用WEB服务的方法，由A8数据处理中心构建的嵌入式WEB服务器，在模块内完结简略的操控网页，PC经过一般网页的方法进行模块的拜访和操控。
A8数据处理中心和M0数据收集模块之间：运用ZigBee短程无线的方法进行数据的传输和模块的操控。
A8模块和手机之间：A8模块衔接一个GPRS模块，现在首要运用短信的方法，在紧急事件发生时，向用户手机宣布短信;一起GPRS模块也能够供给数据衔接方法，完结手机端的WEB拜访。
各个M0数据收集模块之间：运用ZigBee短程无线通讯，在深井内的M0模块因为距离过长，无法和A8进行通讯，所以有必要运用级联的方法，经过相邻的M0模块进行逐级上报。
2 数据处理中心(A8)
依据Cortex-A8的数据处理中心模块，需求完结与PC的WEB衔接、与各个收集模块的ZigBee通讯、与手机的GPRS通讯，为此运用依据ARMv7的Cortex—A8内核的高性能嵌入式处理器，构建嵌入式Linux体系，并在此基础上构建嵌入式WEB服务器以完结远端衔接，移植QT图画界面以完结本地化的简略操控。
2.1 体系架构
数据处理中心模块为一个完好的嵌入式Linux体系，硬件规划上运用三星公司依据Cortex—A8内核ARMCPU S5PC100芯片作为主处理器，扩展SDRAM、Flash构成一个高性能的嵌入式操控板。在此基础上运用Linux操作体系、QT图形界面，以及BOA嵌入式WEB服务器，供给网页衔接方法。
模块开发过程中，运用了华清远见公司的S5PC100开发板进行软件开发和体系评价，在开发板的基础上经过UART串口扩展了ZigBee和GPRS模块，硬件架构如图2所示。
作为一个嵌入式体系，体系的规划充分考虑了软件的分层和模块化规划方法，在评价板上移植了嵌入式Linux作为运用体系，并为各个部分的硬件模块编写相应的Linux驱动，构成一个嵌入式Linux开发渠道，在此渠道上再进行运用程序的开发，整个体系的层次结构如图3所示。
2.2 渠道规划
这儿所说的渠道，是在S5PC100开发板上构建一个嵌入式Linux渠道，分为内核层和驱动层两个首要部分。其间，内核层完结Linux内核的装载、发动、根文件体系的挂载，包含u—boot发动器、Linux内核、rootfs文件体系、yaffs文件体系，而驱动层则是GPRS、LED、ZigBee等外部硬件设备的硬件驱动。
体系发动时，从NAND Flash中发动u—boot，经过u—boot从NAND Flash中装载Linux内核镜像，并挂载rootfs文件体系供内核运用。yaffs文件体系用于办理NAND Flash的余下分区，作为数据存储运用。
2.3 运用规划
(1)体系架构
数据处理中心(A8)需求不断读取各个收集终端(M0)收集到的环境信息，依据环境信息决议是否发生报警信号(发短信、网页告诉、声光报警等)并进行数据的保存。一起，还要呼应PC后台的网页恳求，供给后台PC的无线拜访。
体系共规划了5个进程，描绘如下：
①主进程担任收集数据，并做首要的业务处理，发生的数据及网页报警信息经过同享内存和QT进程，记载进程并交互;
②ZigBee进程担任按设定好的时刻距离从各个分板将数据读回来，并经过音讯行列告诉主进程;
③QT进程担任人机界面交互，从同享内存中读取数据，显现于LCD上，并处理用户输入，响运用户操作;
④数据记载进程，从同享内存中获得各项数据记载于数据库中;
⑤CGI程序为独立的可履行程序，从同享内存中读取数据，呼应网页操作，并将网页设置的值经过同享内存传递给主进程，进行业务的处理。
(2)HTML和QT界面规划
网页页面首要用来显现相关信息，并供给设置挑选是否发生相应的报警信息。从安全视点考虑，进入体系之前，有必要进行用户校验。用户登录进入体系后，能够经过左边挑选检查各个终端，右侧规划为实时切换各个终端的数据显现，如图4所示。
除了登录检查和监控，体系还供给了历史数据检查功用，如图5所示。能够检查前几天的数据，类似于监控界面，经过左边的挑选框挑选相应的终端，右边实时切换至相应的信息显现;此外增加了图表方法进行衔接的曲线显现。
3 数据收集终端(M0)
实践装置在各个收集点的数据收集终端，在夜间断电时还要能够监测矿井里各个点的环境数据，运用电池和电力穿插供电的方法。依据Cortex—M0内核的LPC11C14微处理器作为主控芯片，它是一个超低功耗的ARM内核CPU，能够在确保体系功用的情况下，完结在电池供电状况下的较长待机时刻。
3.1 体系架构及功用描绘
数据收集终端M0，装置于矿井的各个部分，担任各个点的环境监测与数据上报，全体架构如图6所示。体系功用包含：环境信息收集，即如温度、湿度、瓦斯浓度;RFID数据收集，每个M0终端能够衔接一个RFID读卡器，用于工人方位的简略定位;辅佐信息收集，模块自身电池电量、Axis_3三轴加速度(在发生地震时，因为不平衡，轰动而触发);数据上报，经过ZigBee模块将收集的数据上签到A8前端数据模块进行一致处理;反常报警，正常情况下，模块的反常告警由A8模块进行操控，在反常发生时，能够独立出产反常报警信息;运转状况指示，简略的LED指示体系当时运转状况(是否在作业)等。
M0终端需求收集环境的湿度、温度、瓦斯浓度及其他相关信息，并处理ZigBee通讯。
首要包含：选用DHT11传感器对温湿度信息进行收集;选用MMA7455L传感器收集三轴加速度;选用CY14443/SPI对RFID信息收集;选用ADC 3通道对电池电量信息收集;选用ADC0通道对电位器信息收集;选用RS232接口的集成ZigBee模块进行无线通讯。
3.2 M0终端作业流程
在本体系中，M0作为散布式模块装置于矿井的各个监测点，担任收集各个环境信息并经过ZigBee模块进行上报，首要包含4个处理流程：ZigBee接纳中止处理、RFID中止处理、秒中止处理和主流程。
首要，体系上电初始化M0终端设备，体系定时器、GPIO口、SPI、UART、I2C总线等设备，装备体系定时器为1ms，装备中止处理函数为1 s，第一次收集信息。
然后，主程序进行轮询判别，在没有外部中止(ZigBee接纳中止，RFID刷卡中止)情况下进行数据的收集，测验与主站A8模块进行通讯。在通讯未成功之前，M0终端设置为主动报警形式(自我环境监测、反常报警等)。
当有外部RFID时，其他数据正常收集，RFID中止函数一起对磁卡数据收集校验，并经过ZigBee模块发送给A8模块。
当有外部中止ZigBee接纳中止时，中止处理函数接纳A8服务器发过来的指令，履行不同的操作，一起将M0终端设置为受控形式。
从安全安稳的视点考虑，在A8模块反常、M0终端无法和A8模块通讯超越30 s时，M0终端将会切换到主动形式，自己进行反常检测，依据设置好的参数判别是否发生报警信息(声光报警)。
结语
整个体系的构建比较杂乱，触及硬件规划、ARM内核编程、体系bootloader、Linux内核移植、驱动程序、嵌入式Linux运用编程、网页编程、AJAX网页动态加载技能、数据库编程等多各项技能的归纳运用。
在体系的构建过程中，有必要坚持明晰的模块化规划，并且在模块散布架构前，有必要规划好整个数据流，依据数据流来进行模块的区分与交互，单个模块的技能运用并不杂乱，整个体系的完结与架构是规划的难点。
现在，本规划现已完结了整个体系的根本结构，完结了整个体系的数据流闭环，需求完善的是依据实践的运用情况改进用户体会度，例如网页的操作形式、工人井下操作的便利性等。
