如何在巷道内实现 100 台传感器数据采集？

[dangyuluo]

最近我家有这么一个需求，请大家帮我 brainstorm 一下。

假设有一条 1000m 长并且有弯曲的巷道，在地下负 500 米处。巷道内每隔 10 米有一盏灯，共 100 盏灯。灯之间都是并联，受同一开关控制。但是由于灯泡可能老化坏掉，因此其中某几个灯泡不一定会亮，这种情况非常危险。

为了保证工人安全，在灯亮起后，需要在一分钟之内获得每个灯泡的工作情况，如果有任何灯泡坏掉就不能继续作业。

我的设想是，在每盏灯上加装一个电流传感器，采集电流数据判断。因为灯泡坏掉就是灯丝熔断，不可能短路，因此电流为 0 时就可以判定该灯泡坏掉了。

问题是，在一个 1000m 长的巷道内，如何采集 100 个传感器的信号。

1. 最笨的方法是在巷道的一端架设一台大交换机，然后接 100 根网线到每个灯上，用树莓派进行采集。但是这个方案无法扩展，而且布线困难。

2. 我能想到的办法是在巷道内布置一些 AP，实现 Wifi 覆盖，然后用支持 MQTT 的智能灯泡连接。在服务端通过 MQTT 查询每个灯泡的工作情况。

3. 可以使用 Zigbee 来控制灯泡，不过不知道是否支持 100 个节点的链

请问大家还有更好的办法么？谢谢！

[opengps]

@leavic 矿里不都是用的 36v 安全电压供电吗？

[shaopu]

用 esp32 的 ESP-MESH，自组网~

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/stable/api-guides/mesh.html

成本也不高~

[lloovve]

上电延时电路，然后总线上安装电流检测，这样就可以判断出哪个坏了，不过最好的方法就是 485 通讯

[David1119]

一群没有现场经验的在这瞎吹，普通等级走 485 就够了，等级高的上本安模块

[billwang]

可以考虑特殊的电缆，就是电缆内部穿着光纤，目前电缆井和你这个异曲同工，都开始 IOT 化了。

[fengtons]

RS485 通讯距离 1KM 没问题

[winglight2016]

只看灯亮没亮根本不需要智能设备，我记得高中物理里有这种题目，只需要测试并联电路两头灯电流就好了，多一盏灯和少一盏都会导致电流变化。最多，你加个电流传感器并且自动帮你计算电流波动值，然后亮个警示灯就够了。

[diyisoft]

在井下搞这些必须，设备必须要带 MA 标志吧。虽然楼上有很多解决方法，但是真正到井下去用还是有路要走的。
走 mqtt 协议不错，如果要研发，到最后设备都要做认证的。
不然就是买现成的类似的系统，然后定制化一下。

[memorybox]

这个需求挺有意思的，

如果搞工程的话，1000 米的巷道，设备不动，我能想到的最简单的实际操作的办法：

* 电流传感器引出到继电器，加个蜂鸣报警器，灯灭了长响几声，然后安排工人排班监控即可；制定规章制度，报警喇叭长响就暂停生产；

这个成本低，但是不自动化，要依靠规章制度和人员管理来实现；

要自动化的，不管是单片机、载波、电力线缆通信，都得要现成的厂家解决方案和成熟产品，因为井下是不能给你搞实验的，所以最靠谱的就是问有没有做井下矿灯监控的现成产品~~~这个我没接触过，期待有人推荐个成熟的厂商产品；


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如果要搞研究，就复杂了，可以扩展为"如何方便的对井下数据采集" 这个问题；


我刚毕业是从事矿山机械设备维护的工作，下了不少矿井；就我的实际经验来看，技术选型首先要确定采用无线方案还是有线方案；

我更倾向于无线方案，有线方案的弊端非常明显，就我的实际经验看，在巷道里布线，时刻要面对如下问题：

* 回采面不断推进，包括本安电源、照明设备、变压器等等都需要频繁移动位置，这中间拖着电源线缆就已经很麻烦了，如果再加通信线路就更累赘

* 工人维护线缆是个精细活，占用大量人工；而且去井下干过活的人都知道，井上 1 个小时能检查完的工作，井下一般要 3 个小时；如果有人在井下接过断掉的通讯线路就有体会了；

* 理论上井下引入的所有的设备都要有本安认证，不管是个小小的传感器，还是电源、电缆；而且各种设备安全限制，所以在井上看来理所当然的事情在井下行不通；

刚毕业的时候能折腾，有个 idea，用本安无线 AP 覆盖巷道，把定位设备做在矿灯里，实现简单的通信、信号采集上传等等；后来做了一个原型：

https://github.com/brain-zhang/icaplamp

后来发现功耗、精度、范围等等都不好达到要求，就作罢了；

后来 2014 年开始的时候，基于 Zigbee 的巷道通讯方案渐渐多了起来，我已经不再从事这个行业了，就没有深挖过；今天重新看到类似问题，又去研究了一下 Zigbee 的相关论文，我觉得这貌似是个井下组网的好办法；

http://gb.oversea.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DZJY201312040&dbcode=CJFD&dbname=CJFD2013

https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=e74861ebfdd52729b56bb0aab9380e9f&site=xueshu_se

搞研究的话，我倾向于 Zigbee 组网方案；

[nutting]

检测总电流变化不知道能不能判断出来

[nutting]

那些 wifi，蓝牙什么最好不要搞，可靠性不行，特殊场合和环境也有限制。传感器可靠性也有问题，布线又不方便。上面说的每个灯加报警不错，坑道里应该很容易听见吧

[rainman777]

485

[chole]

最简单的物理解决方案选择串联所有灯。

[OblivionStaff]

串联的方案，如果有灯泡坏了，要排查并替换时，工作量太大了

[Siriusie]

@leavic 借楼问一下，方便推荐一下电力线通讯载波芯片吗？

[bashbot]

不要用无线方案，不要借用电力线。。
给几个方案参考：
1. 支持故障定位，采用 CAN 总线(或类似的多节点串行总线)，需要两根数据线，每个灯下需要传感器和 CAN 解码器
2. 不支持故障定位，光敏传感器用一根线串联，另需一线做回路，只要回路不通(电阻高于设定值)就算有故障。

[raptor]

这个有专门的工业解决方案啊，不要尝试用业余手段处理，靠不住

[sdushn]

can 总线了解下？千万别用无线

[leavic]

@opengps 36V 也不行，PA 一般最高不超过 30V 。

[leavic]

@Siriusie 给东家打个广告：钜泉光电，提供宽窄带载波芯片、计量芯片、宽窄带 PA 、多合一电源芯片全套方案，未来还有无线方案。