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！

[whileFalse]

LZ 这是要干大事儿啊。

[rabbbit]

矿井?
看看矿下的人员定位用的啥设备,可能已经有 wifi 之类的了.
布线也没啥的, 矿下摄像头也一样都是用的线.

[lsylsy2]

智能家居不适合工业环境，你应该去看看单片机、RS485 那一套。

[kruskal]

家里有矿？

[vmebeh]

上防爆灯
专业的让专业的来

[gamexg]

记得路灯上是有现成的方案，
用的电力通信

[woodensail]

额，感觉最省成本的方式是从单片机拖一千根线出去，然后一根一根扫就是。担任 1 千根确实多了点。
那就上扫描码，35*35，一共 70 根线就够。
还是有点多，那就上 6 转 64 译码器。一共两个，那 12 个控制针脚就够了。

[lsylsy2]

光敏传感器连接单片机发送数据，或者暴力一些直接接继电器，当亮度不够时通电点亮警告灯，一个点应该 10RMB 以内可以解决。可靠性不会比本来也只设计家用级别的树莓派差，还可以每个灯配两个传感器

[lsylsy2]

不要小看家用路由器之类产品上面的“仅供室内使用”标签，出了故障出了事故这就是你监管不力不符合标准的罪证

[woodensail]

首先 12 个针脚分两 a/b 两组组，每组接一个 6/64 译码器。此时你得到 a1-a64,b1-b64 共 128 根线，你可以控制其中任何一个为高电平。
然后 a1 线串上 1-64，a2 线串上 65-128 依次内托。b1 线串上 64n+1 （也就是 1,65,129...）,b2 串 64n+2 。这些线一共可以接 4096 个监控原件。
最后你还需要一根回，把所有灯泡并联上去，大功告成。

工作的时候，就是每次先 a1-a64 扫描一遍，然后 b1-b64 扫描一遍。假设编号 500 的等坏了。那么你就会发现 a8,b53 两个信号有异常。

[kop1989]

如果脱离生产环境，只讨论理论可能的话。是不是可以通过总功率来判断？
假设 100 盏灯，每盏灯 10w 功率，那么正常功率消耗应该就是一个固定的值（不是 1000w，因为有线路损耗啥的）。
如果某一次测得总功率比额定功率变化超过了+-10w 的范围，那么必然是有一个或以上灯泡损坏（短路、开路都可以覆盖）。

[gamexg]

lora 也是一个选择，通信距离是千米级别

[woodensail]

不对，我突然发现，没必要分 ab 两组，直接把译码器拉出来的线分两组就行。32*32,1024 个也够你用了。
这样 6 个控制针脚加 1 个用来接回线的输入针脚就够

[Xusually]

这些灯泡专用一路电，电力线通信（ PLC ），应该是有现成的方案

[Exin]

如果线路是专门为所有灯泡供电的话，在线路上测总电流就行了吧

[takemeaway]

这个时候，激光通信的作用就来了。
每个灯泡上集成激光通信模块，互相连接，中间有故障灯马上可以知道。

[b7ur]

那这么复杂，如果电泡坏了，就由单片机发出坏的信号。100 个灯泡由单片机检测一遍，然后发回正作状态就可以了，要么布线，要么无线（ lora 不一定能在矿下工作，lora 需要基站的）

[interim]

可以尝试了解 zigbee 组网，只要不是节点连续掉了好几个，都能自组网回来，完全可以容纳 100 个，就是不知道你这个巷道弯曲程度对信号的影响，还是需要实际测试下。

[lx0758]

要不试试底层一点的, IIC 协议

[PopRain]

应该有工业总线去解决吧，没有听说过谁给每个灯泡都拉一根网线。。。。。或者，这个速率没有要求，用之前的同轴电缆总线网络结构也可以，一根同轴电缆就可以了

[bagheer]

这还不简单，改成串联的

[chinvo]

@rabbbit #2 工人定位一般是定点 RFID 拱门

巷道放射频设备限制很多的

[VictorJing94]

一根线就好了....wifi 不现实

[windyland]

有个简单的办法，就是载波，在其中一条电源线（火线）的端口处放一台载波发生器，然后在回路（零线）接口处放一个接收装置，载波沿着线传播，由于路径的不同，能收到 100 个时序信号，接着就是定时发射信号，然后和历史数据比对，断路的损坏灯泡会让载波少个信号，如果这样的设备做不出来，可以直接加个瞬变电压，灯泡结构简单不会被瞬时电压损坏（注意去除市电的杂波干扰），但是接收设备却能很简单的接受到 100 个瞬变电压信号，做好滤波，然后把 100 个灯泡分组，这样帮助工人及时确定损坏灯泡的位置，但是也要考虑到各种接触不良导致的异常信号，但是这就是后期优化的水磨功夫了，我打比赛的作品，原理和你这个有些类似，只是我监测的是裂隙。


才疏学浅，如有不足，见谅！

[wty]

TDR （开玩笑的）

用 485 总线？ 485 倒是一次挂不了这么多设备，但是用同样原理的电路，降低速率，用更强驱动能力应该还是能搞定的。反正也没限制功耗，力大砖飞就完了🤣不过缺陷是不能有设备短路的情况，短路的话全部的通信都会挂掉。

[lsylsy2]

@wty 用中继器做分段的话设备数量就可以解决
以及目的是“安全监测”的话，设备短路也是一种需要检测出来的损坏，只要能排查出是哪一段损坏，比较快的修复就可以吧

[wty]

刷新了一下发现 24 楼的原理挺像 Tdr 的，感觉灯泡阻抗太低了，信号源难搞

[x86]

现在矿场都招程序员了嘛

[locoz]

“我家”...家里有矿系列

[Ediacaran]

Zigb 或者蓝牙 mesh

[mlhorizon]

检测灯的损坏，用电流传感器没问题。
组网的话，载波通讯应该是 OK 的。
无线的话，ZigBee 肯定能行，BLE MESH 方案也可以试试。

[maweihao999]

低压电力载波

[David1119]

modbus+带 modbus 的电流互感器

[PineappleBeers]

esp8266 之类的单片机做 mesh 即可。

[thtznet]

灯泡冗余，蓝牙 MESH 或者 WiFi MESH 都可以。

[xd314697475]

矿井吗？之前公司用的是华中科合作的定制传感器

给每个灯旁边安装一个光敏电阻来短路报警线路，如果有灯不亮则线路联通，警报灯亮？

[BreadBig]

第一想法是，这个是数学题目吗，并联电路的总电流等于各个分支的电流之和，每个灯泡的工作电流稳定的情况下，监测总电流的小于目标电流的最低阈值，是不是就可以知道有灯泡没工作了？

[SteveLee]

lora mesh 组网

[optional]

我觉得最简单的是买 100 个灯泡啊，如果一个灯泡坏掉的概率是 1/100 的话，那么 2 个一起坏掉的概率是 1/10000，再优化下排列的方式，让灯泡坏掉的情况变得不是那么严重，这样人工巡检一天一次就能解决问题了。

[optional]

再买 100，用一份冗余

[cpstar]

就只有一个灯管的监控？将来不做瓦斯浓度的监控么？
那如果不想折腾，弄一大堆什么职能 LED 灯泡，然后一大堆 zigbee 网关，一层一层堆叠呗。
如果想折腾，无线的方案就不要考虑了，纯耗散精力。前述的一千根线是个方案，但是没必要真的一千根，串联+并联的方式，再上级联，简化布线，也许几个 arduino 就够了

[zdphpn]

第一想法，每个灯的旁边都装一个检测灯是否亮着的从机，所有的模块通过 485(可以用中继增加节点个数)连到主机。
从机，检测灯亮有很多方法，光感，电流，用过简单的方法串两个二极管，测二极管上有没有压降。
主机，可以开发一个主机或者直接用 PC，轮寻从机获得灯的状态即可。

[zarte]

铺个轨道，放个光感小车检测的时候小车来回跑一圈就知道了。要不然每个灯旁加光感检测。

[opengps]

楼主把问题想复杂了，来参考下我这里汽车定位器平台的解决方案：每个节点(对我是车，对你是灯)内置一个可远程控制的流量卡即可

[opengps]

地下，，，需要追加蘑菇头传输信号

[lty1993]

LoRaWAN

[dapang1221]

这个，这个还真有现成方案，参考下消防报警器吧，每个手报都有一个独立的编号，实际上就是组网

[leavic]

这是真矿主啊

[leavic]

话说，这问题最简单的解法，还真就是改成串联 LED，一个断了直接就没电流，你在井外都能发现。
不要扯成本，矿主没资格扯成本。
而且，串联布线这个成本也太低了，原来的 线直接放弃不用都不是啥问题。

[gainsurier]

通讯管理机解决啊

[leavic]

当然，本着严谨的态度，本公司从事电力载波行业多内，也算业内翘楚级别，你这个需求用电力载波解决其实挺简单的。
电流传感器直接输出 AD 数据也好，还是输出串口数据也好，直接接入载波芯片数字接口端就可以了，载波端直接接入电线，只要你这些电线是通的，我们一般就没啥问题，100 个节点组网是小意思。
电流传感器其实不一定合适，改成 i2c 输出的光强度传感器可能更合适，毕竟间隔 10 米了，真灭了光强度变化还是挺大的，而且不担心电流传感器本身对线路稳定性的影响。

[leavic]

@lx0758 开什么玩笑，你家 i2c 跑 1km ？

[leavic]

载波方案的话一颗载波芯片+PA+外围物料+PCB 能控制在 20 以内。+一个光强度传感器大概 4~5 块。
无需额外布线，但载波有个问题是，你没有低压直流电供载波芯片工作，不过上面所有的方案其实都有这个问题，所以额外的 AC/DC 我就不考虑了，非要算的话，一个 12V 电源大概 20 块。
最终一个节点 50 块成本能搞定。
只要你找到人帮你做这个项目，毕竟量产 100 台。。。不够塞牙缝。

[leavic]

原谅我废话一句，我确实挺感谢楼主你这个帖子的，让我深刻的认识到了载波芯片不能直接利用 220V/380V 工作是个多严重的问题，这简直是给电源厂家打工。

[niubee1]

可以用 lora，一个 lora 模块几十的成本，

[tolerance]

电力猫合适么？感觉电力线路比较单一，每隔 200 米一个电力猫子猫，电力猫信号应该够用

[sailtao]

在封闭且有阻碍物的环境无线信号传递是利用了矿洞内的反射，wifi 等常用无线设备效果不行，大部分使用 lora，而且矿洞内使用的设备在设计、用料、摆放位置都非常讲究，需要考虑的因素非常多。既然是为了安全，还是应该找专业的公司。

[starqoq]

用 CAN 总线穿起来。每个灯泡下面加一个单片机和检流电阻。但是要额外布线 2 根。
i2c 是板内总线。大力用黑科技能跑 50m，1km 太夸张了。

[jfcai]

学到好多知识，如果是我应该会选载波方案。

[594duck]

我也很感谢楼主的帖子。让我可以简单的拉黑一堆脑残，省的日后相见。

还有人说串联的，典型的初中物理不及格

[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。

[lsylsy2]

@leavic 这么低的电压，电缆是不是得贼粗

[kusys]

走 lora，
当时兖矿有个需求，井下人员定位，我们就给他们做的 lora 方案
从设计到产品生产，都是我们做的

[leavic]

@lsylsy2 为什么要贼粗？我们传个信号而已。

[zxcslove]

如果是灯丝灯泡，每个灯串一个继电器，所有继电器串成一条安全回路？

[zxcslove]

如果是检测光线，那就用光电隔离元件做类似的安全回路，收光部分用圆筒指向灯泡防止其他光干扰。

[lsylsy2]

@leavic

opengps 3 小时 1 分钟前 via Android
@leavic 矿里不都是用的 36v 安全电压供电吗？

leavic 18 分钟前
@opengps 36V 也不行，PA 一般最高不超过 30V 。

回复的是这条，大概看串了？

[Numberones]

@windyland #24 很高级的方法，完善成为一个工程项目都能作为一个硕士课题了👍

[dangyuluo]

@kusys 方便留一下联系方式么😁打算用 LoRA 了

[killeder]

uwb ？

[ciaoly]

@bagheer 电压咋办？

[CBS]

盗墓笔记 2020

[nielinjie]

24 楼的方法不错，可以加个机器学习，通过回波自动判断具体哪个灯坏，把 AI 概念扯进去。

[xuxuxu123]

想说的答案，已经有伙伴提到了；就是 zigbee 无线组网，接光线传感器，然后只需要在其中一个灯泡设置接收端进行数据上穿就更好了，以后需要架设更长的也没问题

[mosliu]

zigbee 呗 拿个光敏电阻监测应该就行了 自由 mesh 组网。每个定时上报状态。

[kusys]

@dangyuluo 微信 kulang

[bagheer]

@ciaoly 其实很容易计算啊，多少个灯泡，电压多少。这个其实很好算，根据灯泡吧，而且很多灯泡适用电压范围很宽，电压不够就是亮度低一点，大概估算就行了，一个可调节的稳压电源搞定。
我画了一个示意图 i.imgur [dot] com/kLvqHjZg.png

[bagheer]

@ciaoly 不好意思，不验证手机号不给发图，你就自己替换[dot]打开图片看看吧

[prenwang]

脑洞很大,但是基本都是瞎扯, 标准模式是安装应急灯, 对应急灯实现管理简单的多,

[systemcall]

有线：RS485 或者 CAN
无线：ZigBee
这种东西用不上以太网，WiFi 也用不上。需要的是低成本、高可靠性，同时设备多、距离长，而且窄带通信就够了
RS232 可以提高电压来加大距离，但好像没那么远，应该还是得 RS485，设备倒不算很贵。
i2c 看上去很好，因为只需要走 2 根信号线就可以连接所有的设备，每个设备分配不同的地址就行了。但是距离真的没那么远，印象中用 i2c 的通过电缆传输的只有显示器的 DDC 信息
其实感觉 irda 应该也可以，加大功率的话距离也比较远。不清楚 1 分钟能不能传输完 100 个灯的状态，记得这个东西很慢
感觉还是要隔一段时间每个能够用的灯的状态都上报一遍，出现故障再报告的话，如果控制器坏了有可能报不上去
采集这方面，直接检查有没有光也可以考虑一下，光敏电阻没多贵吧，加个 LED 就可以自检了

[bbdlg]

通过蓝牙网关，可以做跳转，成本还小。