具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和有具体实施例对本申请作进一步详细说明。

如图1所示,一种基于CAN总线通信的矿用管道气体成分监控警报系统，该系统包括一组移动警报设备，矿井环境传感网络，移动设备和基站Wi-Fi接收设备，基站集群控制器、数字通信系统；

在受气动控制的矿井中，安装了1个矿井扫描气动控制系统的基站，每个基站都有两个连接天线，如WiFi。移动警报3，包含一个内部矿井环境传感器，加强在4号矿工工作设备上，在5号矿井底部移动。例如，每个移动警报设备3通过WiFi连接到多个基站1，基站1与基站7集群控制器(如电线)连接，而基站7可以提供8基站的电源。此外，每个移动设备都安装了一个单元，以确定移动设备在9号基站的位置，每个集群包括7个集群控制器和12个基站1，集群基站控制器7、通过地下路由器10和地面路由器11(分为蓝图条件性线路地面12)集团相关信号分析仪预警从移动设备和信号含13层,连接服务器总公司14反过来,传出信息屏幕计算机工作站15。

系统的地下网络由所谓的集群组成。每个集群包括7个集群控制器和12个基站1。基站7的集群控制器提供了与集群1的基站(未显示)或地下网络路由器的通信通道。带着移动设备3的矿工带着可移动的气体分析仪在5号矿井的较低水平上移动，同时扫描和收集当地油污的信息。因此，拥有独立移动警报设备3的人(矿工4)充当扫描矿井设备。

每个移动警报设备3(由单元提供关于基站9的位置定位)定义基站1的信号水平，并计算其位置。另一种选择是:每一个移动警报设备3(由单元提供关于基站9的定位)定义从基站1到移动设备1的传输延迟，并计算其位置。移动预警设备和信号分析单元13(指定位置上的雾化程度函数)接收并分析这些信号。根据最近的几个基站1所接收到的信号的不同，确定了坐标，并将其与防尘信号(由一个信号包组成)相匹配——精确地确定了移动设备3的位置和时间范围内的N号的防尘程度。此外，该系统还可以通过移动警报设备向正在工作的矿工提供3个紧急信号，特别是超过危险程度的防腐剂。所有这些信号和分析结果都进入了14号服务器，在那里，在每个坐标上的每一刻都建立了一幅时间线图，并以图的形式出现，并出现在计算机化的15个工作岗位的屏幕上。

本发明中，通信系统具有CAN总线和两个通过该CAN总线的辅助连接的设备；

本发明中，设备具有CAN控制单元、异步串行通信(ASC)接口单元和交换机，该CAN控制单元适用于以第一传输方式进行传输，在第一物理协议的帮助下，CAN数据通过CAN总线传输，该异步、串行通信接口单元或ASC接口单元适用于以第二种传输方式传输，ASC数据帧在第二物理协议的帮助下通过CAN总线；

本发明中，交换机设计为在第一传输模式和所述第二传输模式之间进行切换，其功能是在所述设备和至少一个其他设备之间有效的至少一个协议，作为在第一装置和第二装置之间有效的协议的功能，通过开关电路将第一装置在第一传送模式和第二传送模式之间切换，在所述第一个预定义交换时间窗口中，第一设备从所述第一传输模式切换到所述第二传输模式，在第二个预定义交换窗口中，第一设备从第二传输模式切换到第一传输模式。

本发明中，第一装置配置，当以第一传输方式传输时,控制单元的第一个设备传输数据帧可以在CAN总线使用第一总线时钟脉冲在一个多元化的预定义的TTCAN时间窗口发生周期性循环,根据第一和第二循环的预定义的开关时间窗口周期性发生；当以第二传输模式传输时，第一设备的异步串行通信(ASC)接口单元使用高于第一总线时钟脉冲的第二总线时钟脉冲通过CAN总线传输ASC数据帧。

本发明中，CAN控制单元，配置为以第一传输模式在多个周期中周期性发生的多个预定义TTCAN时间窗中使用第一物理协议通过CAN总线传输CAN数据帧；

本发明中，异步串行通信(ASC)接口单元，配置为使用第二种物理协议在CAN总线上以第二种传输模式传输ASC数据帧；

本发明中，适合于在第一传输模式和第二传输模式之间切换的开关，作为协议的功能，在至少两个设备中的至少一个和至少两个设备中的至少另一个之间有效，其中在第一个预定义交换时间窗口中，预定义数量的设备从第一传输模式切换到所述第二传输模式，在第二个预定义交换窗口中，预定义数量的设备从所述第二传输模式切换到第一传输模式；

本发明中，第一和第二预定义切换时间窗根据TTCAN时间窗的多个周期周期性地发生；

本发明中，控制单元被配置为在CAN总线传输数据帧可以在第一个使用第一总线时钟脉冲传输方式,ASC接口单元被配置为在CAN总线上传输ASC数据帧在第二个使用第二个总线时钟脉冲传输方式,第二总线时钟脉冲高于所述第一总线时钟脉冲。

本发明中，矿井环境传感网络包括传感器装置(110)、报警装置(130)、综合管制服务器(150)、联系人终端(170)、通信网(102、104、106)。

本发明中，传感器装置(110)具备多个传感器设备，这些传感器设备包括一氧化碳传感器、硫化氢传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、氨气传感器、氢气传感器，为了辨别室内设施物内部空间的空气质量及有害气体的发生与否，实时测量空气质量和多种气体浓度；

本发明中，传感器通过CAN总线将测定的空气质量测量信息和气体浓度信息传送到警报装置(130)，传感装置在管道内设置多个，在这种情况下，每一个传感装置都带有一个可识别的信息，由一个报警装置(130)来确定其位置。

本发明中，警报系统可对管道内气体质量及有害气体的产生进行实时监测，警报系统可实时接收来自传感器的空气质量及气体浓度数据，以判断在一段时间内(例如数十秒至数分钟)的空气质量及气体浓度状况。警报装置是根据空气质量和气体浓度的状态，以安全、注意、警报及躲避等进行危险性等级的警报。报警装置使用警告音或语音信息引导或报警。此时，报警装置会输出不同频率的报警音或语音信息，以提示或报警；

本发明中，判别的状态是安全状态的情况下，不输出警报音或者声音信息，警报及躲避状态下越要加大警报音或者声音信息的输出强度来提示或警报；

本发明中，警报装置通过CAN总线向综合管制服务器传送根据室内空气质量和有害气体发生与否的监测信息，警报装置通过通信网，将监测信息实时传送到负责人的终端机，监测信息包括室内设施用途，位置，空气质量监测信息，有害气体各自浓度信息，现有的警报状态(即安全，注意，警报及躲避)等。

本发明中，管道内具备多个传感器装置，警报装置可以利用传感器装置各自的识别信息判别传感器装置的位置，并根据判别的位置输出不同频率的警告音或语音信息。

本发明中，所述综合管制服务(150)器配置在通过通信网与多个警报装置连接；

本发明中，综合管制服务器(150)事先对矿用管道内的气体质量状况和是否存在有害气体等数据进行收集，分析，加工和存储，建立大数据，综合管制服务器判别室内设施的室内空气质量和是否会产生有害气体，利用已构筑的大数据，分阶段设定并储存气体质量测定信息和各气体浓度的基准值，并将这些气体的浓度与各阶段的基准值进行比较，以判断室内空间的空气质量和有害气体是否处于安全、注意、警报、疏散状态。

本发明中，综合管制服务器从各个报警装置接收监控信息，对管道所有设施的空气质量和有害气体的产生进行监控，将监控信息显示在电子地图上，提供给管理者，通过这种方式，以位置为基础，对管道进行综合管理，联合管制服务器可以对监控信息进行分析和加工，向管理者提供适当的管理信息。

本发明中，联系人终端(170)具备智能手机，内部安装监测气体质量及有害气体产生与否的移动应用程序，联系人终端通过警报装置实时传送监测信息，通过移动应用程序监测相关室内空间的空气质量和是否产生有害气体。

如图2所示，本发明的传感装置配备多个传感装置测量空气质量和各种气体的各自浓度，用以测定各种室内设施内各个空间的空气质量及有害气体的产生。这些传感器分别检测室内的空气质量和有害气体，并传送给报警系统。

具体来说，传感器装置包括通信部(112)、控制部(114)、传感部(116)、接口部(118)和电源部(120)。

通信部(112)通过USB、RS-232C等有线通信网、WiFi、蓝牙等近距离无线通信网与报警装置连接。通信部接受控制部的控制，将传感器部测定的空气质量测定信息和气体浓度信息实时传送。

传感部(116)包括多个传感器，包括一氧化碳传感器、硫化氢传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器、氨气传感器、氢气传感器，另外，传感器部包括测定空气质量的浮尘传感器、温度传感器、湿度传感器等。传感器将各个传感器测定的空气质量监测信息和气体浓度信息通过通信部实时传送到报警装置。

接口部(118)通过电电连接根据室内环境或研究对象增加的外部传感器模块。接口部分可以连接测量各种有害气体或化学物质浓度的传感器。

电源部(120)，通过可充电电池、AC/DC适配器，提供传感器装置的电源。

控制部(114)控制传感器装置的各项动作进行处理，以及功能联动控制,测量是否会发生有害气体的泄露、空气质量检测信息和各种气体浓度信息。

如图3所示，报警装置(130)包括通信部(132)、控制部(134)、警灯(136)、扬声器(138)、指示部(140)和电源部(142)。

通信部(132)将连接到与传感器装置(110)相连接的有线/无线通信网、与综合管制服务器(150)相连接的有线/无线通信网、与联系人终端(170)相连接的无线通信网、移动通信网等。通信部(132)接收传感器(110)测定的气体质量测定信息和气体浓度信息，并将由控制部(134)生成的监测信息传送到综合管制服务器(150)和联系人终端(170)。

控制部(134)设定并储存由传感器(110)配置的多个传感器各自测定的气体质量和有害气体的多个基准值。此例的控制部(134)设定并存储每个空气质量和气体浓度的第1至第4基值。

这里第一基准值的气体质量判别为安全状态,第二基准值的气体质量判别为注意状态,第三基准值的气体质量判别为报警状态,第四基准值的气体质量判别为躲避状态。这些基准值是由构筑在统一管制服务器(150)上的大数据来决定。

控制部(134)根据第1至第4基准值的比较结果，警灯(136)、扬声器(138)及指示器(140)来显示其状态。控制部(134)控制所测气体质量监测信息和气体浓度信息，可实时显示在指示器(140)。如果控制部(134)测量的特定有害气体浓度第四标准价格以上,控制警灯(136)判别为红色警灯亮或者反复闪烁,同时通过扬声器(138)警告或语音相关通知信息以便输出控制的。此时，控制器(134)会逐级增加警告音或提示语音信息的输出强度，从而控制输出。

警灯(136)设有一个至少能照射一种色相的发光二极体电灯，并在控制部(134)的控制下，会根据测定的气体质量及有害气体浓度而显示不同的色相，或重复显示一种色相。警灯(136)在测定的气体质量及有害气体浓度处于安全状态的绿,注意状态时蓝色,警报状态时黄色,避难状态时红色。

扬声器(138)接受控制部(134)的控制，具备可调节输出强度，空气质物测定信息和气体浓度信息处于安全状态时不会启动，在测定的气体浓度为注意、警报及躲避状态时，可输出相应的警告声或提示声音信息。

指示部(140)有多个，根据气体质量测定信息和各气体浓度信息，按阶段用不同的颜色表示，或用数字表示各测定信息的数值数据。指示器指示部(140)有数个液晶显示屏细分模块、发光二极管模块、led模块等,具备根据空气质量测量信息的状态各阶段4种颜色(例如,蓝色、绿色、黄色、红色)表示,因燃气浓度信息根据数据可以表示。

电源部(142)提供报警装置(130)的驱动电源。电源(142)，使用交流电来提供电源。

这些报警装置(130)具有识别信息，可由综合管制服务器(150)识别相应室内设施的位置或场所。该识别信息配备在报警装置(130)的通信部(132)或控制部(134)。

如图4所示，综合管制服务器(150)通过通讯网(104)与多个报警装置(130)连接在不同的室内设施上。综合管制服务器(150)具备综合管理多个气体质量和是否产生有害气体的管制程序。综合管制服务器(150)可以对监控信息进行分析和加工，根据空气质量和有害气体的产生，向管理者提供适当的管理信息。

综合管制服务器(150)事先对管道内的气体质量状况和有害气体发生与否开始收集、分析、加工及贮藏,构建大数据,构建大数据。综合管制伺服器(150)则从每个报警装置(130)接收监测信息，对管道内气体质量及有害气体的产生进行监测。综合管制服务器(150)利用大数据根据监控信息向管理者提供室内设施安全管理的适当管理信息，进行有效管理。

综合管制服务器(150)包括通信部(152)，控制部(154)，大数据管理部(156)，位置判断部(158)，监控部(160)，报警判断部(162)和报警部(164)。

通信部(152)通过通信网(104)和多个警报装置(130)连接。通信部(152)与有线/无线通信网、移动通信网等的通信网(104)相连，并与报警装置(130)进行相互数据通信。通信部(152)从警报装置(130)的各个方向传送监控信息。另外通信部(152)也可与综合管制服务器(150)的管制中心管理者终端连接。联合管制服务器(150)可以向管理者终端传送监控信息，管理者可以实时确认管道内气体质量和有害气体是否发生。

大数据管理部(156)事先根据气体质量状况及有害气体的产生情况，收集、分析及加工各种数据，建立及储存大数据。大数据管理部(156)将气体质量和有害气体可允许的浓度、注意、警报及疏散状态下的浓度等数据和空气质量和有害气体产生状态下的应对方案等数据生成、储存，构建大数据。大数据管理部(156)利用构筑的大数据，提供空气质量测定信息和各气体浓度信息的基准值分阶段设定。

位置判断部(158)登记和管理每个报警装置(130)的识别信息，由报警装置(130)传送空气质量测定信息和气体浓度信息，再通过相应的报警装置(130)的识别信息进行位置判断。

监控部(160)会提供详细的空气质素测量资讯及各种气体浓度资讯(例如，空气质素测量浓度、有害气体的容许值、气体种类等)，供使用者在电子地图上确定管道气体的位置。

警报判断部(162)是根据警报装置(130)各个传送的监测信息，判断相关气体质量和有害气体的产生与否，根据安全、注意、警报及躲避状态的管理信息，利用大数据进行提取和生成。

报警部(164)打印出根据报警判断部(162)生成的管理信息，向管理者提示对应方案或方针等。报警部(164)可通过通信网(104)通过管理者终端提供管道内气体的监测信息和管理信息。

控制部(154)负责处理综合管制服务器(150)的各项动作。以数个气体质量和位置是否会发生有害气体为基础,利用大数据，监测气体质量和有害气体发生与否，向管理者提供迅速对应的管理信息。

如图5所示，本发明的矿用管道气体成分监控警报系统(100)，在S200阶段的联合管制服务器(150)，对多个室内设施的空气质量状况和有害气体的不同数据进行收集、分析和加工，建立并存储大数据。该大型数据可根据空气质量和有害气体发生与否分阶段判断危险性，并根据判断结果迅速采取应对措施。

在S210阶段，每个管道内安装多个传感装置(110)，测量相应空间的气体质量及有害气体浓度。

在S220阶段，将测定的空气质量监测信息和气体浓度信息通过通信网(102)传送到报警装置(130)；此时，警报装置(130)会对应一个室内设施而配备，传感器(110)会实时传送测量出的空气质量和气体浓度的信息。

在S230阶段，报警装置(130)会将传送的空气质量监测信息和气体浓度信息中所含的气体浓度，与设定在级别上的多个基准值进行比较，以确定空气质量和有害气体是否存在。其中，对每一种气体浓度设定4个标准值，相应的标准值根据空气质量和有害气体的产生，分别对应于安全、注意、警报及躲避等阶段。

若经判别，空气质量检测信息及气体浓度信息分别处于第一阶段S240至安全阶段，则切换到S250，报警装置(130)会使用警灯(136)、指示灯(140)及扬声器(138)显示或通知处于安全状态。如果判别的结果是S260阶段到了注意阶段即第二阶段，则按S270阶段进行，警报装置(130)使用警灯(136)、指示灯(140)及扬声器(138)来显示或告知处于注意状态。若判断结果S280级别到了警报级别的第三级别，则按S290级别进行，警报装置(130)使用警灯(136)、指示灯(140)及扬声器(138)提示处于警报状态。如果判别结果显示S300阶段到了疏散阶段即第4阶段，则按S310阶段进行，警报装置(130)使用警灯(136)、标示部分(140)及扬声器(138)来显示或告知处于疏散状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。