一种面向石油天然气钻井区域的应急通信系统
【技术领域】
本实用新型属于天然气钻井区域通信领域，尤其涉及一种面向石油天然气钻井区域的应急通信系统。
【背景技术】
随着科学和互联网信息技术的不断发展，数字化通信在石油天然气钻井区域中越来越重要。以前钻井区域使用的电话形式上报形式转变成数字化通信。数字化通信通过简单的方式就能够实现远距离的数据、音视频、环境参数监控及传输。数字化通信已经成为现代化石油天然气钻井区域建设中不可缺少的重要部分。目前，我国大部分石油天然气钻井区域已经实现了数字化通信，信息的传输模式主要包括有线传输和无线传输两种。
在石油天然气钻井区域的工作中，由于对井下的环境未知，例如井下环境中瓦斯等有害气体的浓度是多少，是否适合工作人员下井工作，同时在工作人员工作时，周围环境的气体是否对人员造成伤害，因此对工作人员的生命安全无法进行保障。与此同时，我们要对井下的工作实际情况有一些大概的了解，也要与后方指挥进行交流，但因为有时钻井区域在偏远地区，没有公用基站等原因，无法与指挥后方及时进行通讯。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是提供一种面向石油天然气钻井区域的应急通信系统，能给下井人员与否下井进行预警，保证下井人员的安全。
本实用新型采用以下技术方案：一种面向石油天然气钻井区域的应急通信系统，包括：位于钻井下的采集终端、位于钻井上方地面的处理终端、往返于采集终端和处理终端之间的单兵终端；
采集终端与处理终端、单兵终端与处理终端均通过通信模块组成自组网络，实现交互信息的无线通讯；
采集终端包括：
可燃气体传感器，用于检测井下的瓦斯浓度；
红外粉尘传感器，用于检测井下的颗粒浓度；
CO传感器，用于检测井下CO的浓度；
处理终端包括：
处理模块，用于接收可燃气体传感器、红外粉尘传感器、CO传感器的检测结果；
单兵终端包括：
通讯模块，用于接收处理模块的第一安全信号、第二安全信号和第三安全信号；
报警模块，用于接收处理模块的第一报警信号、第二报警信号和第三报警信号，并进行报警；
单兵终端的使用者根据通讯模块和报警模块的指示进行下井或升井。
进一步地，还包括位于后方的指挥终端，单兵终端与指挥终端、处理终端与指挥终端均通过卫星通信；
单兵终端还包括：
视频模块，用于采集单兵终端在行走过程中的视频信息；
音频模块，用于采集单兵终端在行走过程中的音频信息；
处理模块用于接收视频模块和音频模块的采集信息，并将该信息通过卫星发送至指挥终端。
进一步地，可燃气体传感器的型号为KG9001c，红外粉尘传感器的型号为 SM-PWM-01A，CO传感器的型号为GTH500(B)。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过各传感器与处理模块相互配合，然后通过通讯模块和报警模块对下井人员的安全进行了保障，下井人员可以根据通讯模块和报警模块的信息进行预判，并决定是否下井；本实用新型可以实时监测下井人员工作现场的环境参数、工作人员的音视频，同时此通信传输方式的优势，解决偏远钻井区域无公网信号区域无法传送视频和语音数据的难题，减少设备投资；同时也适用在灾难突发，地面基站受到毁坏时，使用卫星通信，即时将灾情数据传出，具有独立通信能力和抗毁坏能力优势。
【附图说明】
图1为本实用新型石油天然气钻井区域应急通信系统的模块连接示意图；
图2为本实用新型石油天然气钻井区域应急通信系统的数据采集流程图；
图3为本实用新型石油天然气钻井区域应急通信系统的卫星传送图。
其中：1.采集终端；2.处理终端；3.单兵终端；4.可燃气体传感器；5.红外粉尘传感器；6.CO传感器；7.处理模块；8.通讯模块；9.报警模块；10.视频模块；11.音频模块；12.卫星；13.指挥终端。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型公开了一种面向石油天然气钻井区域的应急通信系统，如图1和图2所示，包括位于钻井下的采集终端1、位于钻井上方地面的处理终端2、往返于采集终端1和处理终端2之间的单兵终端3；采集终端1与处理终端2、单兵终端3与处理终端2均通过通信模块组成自组网络，实现交互信息的无线通讯。
采集终端1包括可燃气体传感器4、红外粉尘传感器5、CO传感器6，可燃气体传感器4用于检测井下的瓦斯浓度；红外粉尘传感器5用于检测井下的颗粒浓度；CO传感器6用于检测井下CO的浓度。
可燃气体传感器4采用KG9001C型高低浓度甲烷传感器，此传感器主要用于监测高瓦斯煤矿井下环境气体中的瓦斯浓度，可以连续自动地将井下瓦斯浓度转换成标准电信号输送给关联设备。此设备采用热催化原理与热导原理相结合来测量瓦斯浓度，克服了单一元件测量过程中的不稳定现象。具有性能稳定、测量精确、响应速度快，结构坚固、易使用易维护等特点。
红外粉尘传感器5采用SM-PWM-01A粉尘传感器，它能检测像香烟颗粒大小的颗粒物，也能检测出室内灰尘等大颗粒，通过输出两个不同的脉宽调制信号 (PWM)区分不同灰尘颗粒物的浓度。具有结构紧凑，质量轻，检测准确等等特点。
CO传感器6采用GTH500(B)型一氧化碳传感器，此传感器主要用于监测煤矿井下环境气体中的一氧化碳浓度，能在具有瓦斯、煤尘爆炸危险等恶劣的环境中对煤的自然发火、运输胶带等各种内、外因火灾实现就地监测和遥测。采用高性能进口电化学元件，在整机硬件、软件设计中，采取多种抗干扰措施，满足国家相关标准规定的电磁兼容要求，具有性能稳定、测量精度高、响应速度快、故障自检、结构坚固、易使用易维护等特点。
处理终端2包括处理模块7，处理模块7用于接收可燃气体传感器4、红外粉尘传感器5、CO传感器6的检测结果，并将该结果与预定值进行比对，即处理模块7中可燃气体的浓度的预定值为1％，一氧化碳浓度的预定值为0.0024％，红外粉尘传感器5的预定值为2.5mg/m3，处理模块7响应于检测结果＞该预定值时，分别发送第一报警信号、第二报警信号和第三报警信号，响应于该结果≤预定值时，分别发送第一安全信号、第二安全信号和第三安全信号。
处理模块7采用乐鑫公司设计研发的一款ESP32处理器。ESP32是由乐鑫公司设计研发的一款可作为独立系统运行应用程序或是主机MCU的从设备，通过 SPI/SDIO或I2C/UART接口提供Wi-Fi和蓝牙功能。该芯片专为移动设备、可穿戴电子产品和物联网应用而设计，具有业内高水平的低功耗性能，包括精细分辨时钟门控、省电模式和动态电压调整等。
其次ESP32将天线开关、功率放大器、接收低噪声放大器、滤波器、电源管理模块等功能集于一体。这使得ESP32只需极少的外围器件，即可实现强大的处理性能、可靠的安全性能和Wi-Fi&蓝牙功能。同时，ESP32具备极其稳定的性能，工作温度范围达到-40℃-+125℃。集成的自校准电路实现了动态电压调整，可以消除外部电路的缺陷并适应外部条件的变化。
单兵终端3包括通讯模块8和报警模块9，通讯模块8用于接收处理模块7 的第一安全信号、第二安全信号和第三安全信号；报警模块9用于接收处理模块 7的第一报警信号、第二报警信号和第三报警信号，并进行报警；单兵终端3的使用者根据通讯模块8和报警模块9的指示进行下井或升井。
本实用新型的系统还包括位于后方的指挥终端13，如图3所示，单兵终端3 与指挥终端13、处理终端2与指挥终端13均通过卫星12通信；单兵终端3包括视频模块10和音频模块11，视频模块10用于采集单兵终端3在行走过程中的视频信息；音频模块11用于采集单兵终端3在行走过程中的音频信息；处理模块7 用于接收视频模块10和音频模块11的采集信息，并将该信息通过卫星12发送至指挥终端13。
当音频模块11和视频模块10采集到信息后，即时将该信息通过自组网发送至处理模块7，处理模块7将该信息据通过有线传输送至以太网交换机，然后在传送小口径天线，进而将该信息传送给卫星12，卫星12将该信息回传给指挥终端13。卫星12通信距离远，且不受地面条件的限制。灾难突发时，具有独立通信能力和抗毁坏能力的优势，不依赖地面通信网络和电力系统而独立工作，能够以优异的性能及迅捷的速度实现在地面传输手段无法满足的地点之间通信，特别是在面积大、地面通信线路不发达的地区。
本实用新型的使用方法为：工作人员随身携带单兵终端3，石油天然气钻井下布置有可燃气体传感器4、红外粉尘传感器5、CO传感器6，钻井上方地面设置有处理终端2。可燃气体传感器4、红外粉尘传感器5、CO传感器6将采集的信息通过自组网即时向处理模块7发送采集信息，处理模块7收到采集信息后，将收到的各个信息与预定值比对，响应于该结果＞预定值时，分别向报警模块9 发送第一报警信号、第二报警信号和第三报警信号，响应于该结果≤预定值时，分别发送第一安全信号、第二安全信号和第三安全信号，当单兵终端3接受到第一安全信号、第二安全信号和第三安全信号后才进行下一步下井的工作，只要单兵终端3接受到任何一个报警信号，无论是第一报警信号、第二报警信号或第三报警信号，都不进行下一步下井工作，等待排除危险后，再进行下一步工作。
