基于Android的地下铀矿山放射性污染物 智能控制系统设计
戴剑勇，孟令联
（南华大学核资源工程学院，南衡阳421001）
摘要：根据地下矿山开采过程中氧及其子体安全特性，应用智能控制技术与矿井通风技术相结合的方 式控新井下氧及其子体浓度，这对于解决放射性污染控制问题具有重要的现实意义，本文设计主控制系统，获取采集点氧浓度传感器的数据和实现智能控制逐辑运算；设计Android客户端，运用以太网和无线网络通信两种方式与主控制系统进行通信，通过向主控制系统发送指令的方式对风机运转进行远 程控制，增强了系统的稳定性与可靠性，实例分析表明该系统能够较好的控制矿井下氧及其子体浓度，人机界面友好，系统可靠性高，且易于扩展.
关键词：Android系统：氯及其子体：传感器：智能控制
中图分类号：X591：TL75：TD76 文章标志码：A
文章编号：0258-0918(2015)04-0774-06
DesigningofRadioactivePollutantsIntelligent ControlSystemin UndergroundUraniumMineBasedon Android
DAI Jian-yong MENG Ling-cong
(School of engineering of nuclear reso roes Usiversity of South China Hengyang of Hunan Prov. 421001 China)
mines during the mining process it control the concentration of underground radon and Abstraet: According to Safety features of radon and its progeny underground uraniumits progeny in applieation of intelligent control and mine ventilation which has theimportant practical significance for solving problems of radioactive pollution control.This paper design Main Control System to get data of radon sensors in collectinglocations and implement logic operations of intelligent controlling. Design of Android client in municating with the main control system by Ethernet and wireless networkmunication to control the running status of the fan through remote controlinstructions it can enhance the stability and reliability of the system. From instanceanalysis it shows that this systetm can control better the concentration of underground
radon and its progeny and being of friendly interface high reliability and characteristicof easy extending.
Key words: Android system; radon and its progeny: sensor; intelligent control
业的快速发展，其铀矿开采业也在迅速发展.风流方向等参数来降低井下氧及其子体浓度.氧气体是铀矿开采过程中产生的，矿工在铀矿同时，采用以太网或者WIFI网卡两种方式对井下作业，最重要的是受到氧及其子体放射性外传输警报信息，接收端为Android手机客户危害.我国于2003年4月开始执行（电离辐射 防护与辐射源安全基本标准》，对于地下轴矿山开采，职业照射剂量限值由50mSv/a降低为连续5年以上年平均有效剂量为20mSv/a；并铀矿井下工作面上空气中氧浓度管理限值为系统平台包括应用程序、内核空间、用户空间和 在职业照射剂量限值为50mSv/a的情况下，3.7kBq/m，面在“铀矿井排氧通风技术规范”（EJ359-89）标准中氧子体浓度管理限值为6.4pJ/m².在地下铀矿山开采中，通风降氧是井下辐射防护的主要方式.矿井通风网 络结构的合理性、并下风流的稳定性与可靠性是矿井通风系统安全运行的重要保障.随着“数字矿山“信息技术以及传感器技术的快速发展，应用先进的智能控制技术综合控制风量、 风压及风流来降低轴矿井下氧及其子体浓度是行之有效的办法[]，传统方式中矿井下对于风机的控制主要通过触摸屏或台式电脑监控风机的运行状态，此两种方式成本制作费用比较高且操作不方便，面且此类系统多数没有将智 能控制技术应用到矿山安全生产中（2].
本文应用轴矿井下通风降氧技术与智能控制技术相结合，实现地下轴矿山开采过程中氧及其子体浓度的监测与控制，设计出地下铀矿 山放射性污染物智能控制模型，并结合移动端Android平台，采用智能手机作为系统控制终端，将移动通信技术应用到系统平台中，提高了客户端设计两部分，主控制系统运行在软硬件系统的实效性与安全性，有着良好的应用前景.
1放射性污染物智能控制系统总 体设计
地下铀矿山放射性污染物智能控制系统应用氧浓度传感器检测氧及其子体浓度，将测定件，其主要作用就是获取主控制系统内采集到 的数据存储到系统内置数据库中.然后，在主的信息，根据管理员的操作向主控制系统发送控制系统中，针对不同氧及其子体浓度，根据智
铀资源作为核电的主要原料，随着核电产能控制模型自动调整主风机和局部风机风量、芯片，并连接5寸TFT触摸屏，采用基于 端：其硬件平台采用高性能的ARM11处理器Goldfish内核的Android2.3系统平台，主控制系统通过内置申口连接传感器等外设硬件.
整个系统平台框架如图1所示，Android硬件系统四个部分，并且在内核空间层要架设嵌入式网络服务器作为数据交互中心，主控制系统位于应用程序层.对于整个系统的控制则是通过系统内置处理机制和Android手机客户 端进行操控.
图1Android系统平台概架Fig. 1 System platform based on Android
系统总体设计分为主控制系统和Android平台中，它是数据采集与共享的中心，内部设定 了一系列的处理机制，用来检测到不同的氧及其子体浓度做出不同的应急响应，并接收与响应Android客户端发送的运行指令.Android客户端是一个运行在管理员手机中的应用软不同的运行指令，用于远程控制风机的运行，它
和主控制系统之间的通信方式是无线网络通信.
的氧及其子体浓度超标时则会自动对矿井通风设备发送一定的指令，使通风设备运转从面降低井下氧及其子体浓度，同时系统会发送报警统管理员也可以直接发送指令到控制系统降低 信息到系统管理员的Android手机客户端，系矿井内氧及其子体浓度.
采集到检测点的被测信号，对此信号做一定调 系统整体结构如图2所示，氧浓度传感器理后送人嵌人式Android系统内，主控制系统通过申口读取到测定的值并存储到系统内置数据库中，系统内有着一定的处理机制，当检测到
图2系统整体结构图
Fig. 2diagram for overall system structure
2.1.2外围传感器硬件平台设计
2 放射性污染物主控制系统与 Android客户端设计
数据采集通过氧浓度传感器进行，在矿井巷道中设计合理的数据采集点，安装氧浓度传感器，传感器通过申口和硬件平台相连接，进行数据传输.在嵌人式Android系统中，每一个 物理设备都有一个寄存器，用来对平台内硬件进行控制的，若要对设备的寄存器进行操作，则需要有专门的驱动程序与之相对应，Android 系统底层已经实现了LCD驱动，只需要添加网络驱动以及氧浓度传感器设备驱动即可，传感器驱动则根据生产商的不同面不同，具体根据生产商给定的驱动代码为准.
2.1放射性污染物主控制系统设计
人式系统平台是Android.主控制系统设计包 主控制系统是整个控制系统的核心，其嵌括硬件和软件平台搭建、外围传感器模块设计、嵌人式网络服务器搭建和内置控制系统开发.
2.1.1硬件和软件平台搭建
硬件平台采用UT-S3C6410开发板，如图3所示.此平台采用基于ARM1176JZF-S内核的SamsungS3C6410芯片，此平台分为核心 板和底板，核心板上集成了Samsung533M/667M CPU S3C6410、128M Mobile DDR和256MNandFlash等，底板上集成了2MNorFlash、USBHOST接口和 100M以太网 等.ARM11处理器支持Android系统的运行，本嵌人式系统软件平台采用Android系统平台.
测定氧及其子体浓度传感器选用RHZM-1型氧及其子体连续检测仪，此传感器含有测量氧子体浓度的20mm的硅探测器和测量氧浓度的30mm金硅面垒探测器，采用泵取样 气路系统和纯氧探测等装置.传感器对氯浓度测量范围是0~10MBq/m²，对氧子体浓度测敏度高、体积小和串口传输等特点. 量范围是0~1MBq/m².此类传感器具有灵
2.1.3嵌人式网络服务器搭建
Android系统是为移动平台打造的操作系WIFI、GPRS等网络通讯.Android应用层程 统，有着良好的网络通讯能力，可支持以太网、序都是运行在JAVA虚拟机中的，所以选用嵌Tomcat服务器能够很好地支持Servlet程序的 人式Tomcnt服务器作为本系统网络服务器，运行，选用JAVA语言编写的Servlet作为网络服务器中的业务处理程序可以大大提高开发
Fig. 3UT-S3C6410 development board disgram 图3UT-S3C6410开发板图示
效率并且能够完成客户端请求，并将处理结果面，系统框架内也封装了对于网络通信以及数到客户端.选用SQLite数据库来存储数据库操作的类，可以很方便地进行客户端应用据，目前市场上的Android智能手机大多数都程序开发. 内置了SQLite数据库，它是完全独立的，不依赖于外部依赖行，所以控制系统选用SQLite数据库作为存储传感器采集到的数据.
2.1.4内置控制系统开发
内置控制系统在主控制系统内，是智能控制系统的核心，系统的一端通过申口连接着各个采集点的传感器设备，将采集到的数据存储 到系统内嵌人式数据库中：另一端则连接着风机设备.系统根据采集到的氧及其子体浓度不同或者管理员通过客户端发送进来的指令不同转向矿井内增加空气流动量降低矿井内氧的浓 向风机发送不同的运转指令，从而通过风机运度，内置控制系统设计主要分为三个部分：一是提供Android客户端查询嵌人式数据库中存 储的数据，此部分主要采用Servlet技术，通过在Servlet中读取SQLite数据库中有关数据从而向客户端提供所查询的数据：二是接收令，然后对风机进行相应的操控，此部分主要采 Android客户端发送的调整风机运转模式的指用Socket数据连接技术，通过ServerSocket和Socket类，可以方便地进行数据远程互联操务器，实时接收客户端发送进来的指令，并根据 作，在控制系统中通过ServerSocket类搭建服指令的不同对于风机进行不同的操控，从面达到远程操控风机的目的：三是系统的智能控制 模块，此模块根据氧浓度传感器采集到的氧及其子体浓度不同，内置了一系列对风机自动控制的机制，并且当浓度超标时会向管理员发送警报信息.其实现主要是一端通过申口连接着 采集点的氧浓度传感器，实时监测来集到的数据，另一端则通过串口连接着风机设备，如果监压和风流方向等因子，通过对于这三个因素加 测到氧及其子体浓度超标，则自动调整风量、风以综合控制来控制地下轴矿山中氧及其子体的浓度.
2.2放射性污染物Android客户端设计
Android客户端设计主要包括客户端用户界面、网络通信以及数据库的设计.Android平台提供了一些基本的组件用来搭建客户端界
2.2.1Android客户端用户界面设计
Android手机客户端界面如图4所示，上端展示的数据是从终端服务器中实时获取到的数据，共有风量、风压、风速、环境温度、氧浓度 和氧子体浓度六种数据，系统默认30s从服务器端更新一次数据，用户也可以手动更新从终端服务器中获取最新的数据.系统下端是操作 按钮，共有开启风机、关闭风机、增大风量、减小风量和更新数据五中操作，可以很方便地用于用户操作，操作界面简洁并有着良好的用户体验.
图4Android客户编用户界面Fig. 4 Android client user interface
2.2.2客户端和控制终端网络通信设计
Android系统是专门为移动通信领域打造的操作系统，有着良好的网络通信能力， Android平台针对TCP/IP传输封装了ServerSocket和Socket类，通过对于这两个对象的操作就可以通过流的方式实现客户端和主控制系统之间的通信，本系统首先通过在主控 制系统中建立ServerSocket对象，实现初始化数据服务器，为客户编应用提供服务的功能：然后在Android客户端建立Socket对象，初始化客户端数据连接，向服务器发出连接请求，从面 进行数据通信，获取控制终端的数据并且对控制终端发送指令进行远程控制风机的运行状态.
2.2.3Android客户端数据存储设计
Android客户端通过与主控制系统通信获得最新的氧及其子体浓度数据并将数据存储到嵌人式SQLite数据库中，然后展现在Android
客户端界面上，SQLite数据库可移植性好，可靠性高并支持纯SQL查询，Android平台对于SQLite数据库的操作封装了SQLiteDatabase 和SQLiteOpenHelper两个类，对数据库操作更加方便快捷，嵌人式SQLite数据库很适用于本系统中的数据存储.
整通风方式控制氧渗流的大小和方向则是控制氧浓度的另一种方式.除此之外，风流方向对于氧浓度控制更是一个重要因素，可控的风流 方向对于控制析出氧的流动有着重要的影响，通过局部风机运行状态的调控对风流方向进行控制，可以有效控制采区的氧浓度.综合考虑影响该矿井内氧及其子体浓度的各因素，选取 风量上限为60m²/s，设计系统内智能控制逻辑示意图见图5，图中从采取措施到重新检测氧及其子体浓度时间间隔是1min，系统运行过程中氧及氧子体浓度变化分别如图6所示， 图中显示为1h内工作面氧及其子体浓度变化情况.此种控制方式对于地下铺矿井下氧及其子体浓度进行控制有着良好的效果，能够及时有效的将氧及其子体浓度控制在合理的范围内，并且在不经过人为干预的情况下可以自行 调节，提高了调节速度，增强了实效性，
3地下铀矿山放射性污染物智能 控制实例分析
以我国某地下轴矿山为例，该矿区多属于丘陵地貌，年平均气温18.8~21.6℃，属于中500m，副井罐笼井为人风井，通风方式为中夹 亚热带湿润型季风气候区，该矿井开采深度为式，通风方法为抽出式.根据实地检测发现此袖矿井下析出的氧量随着通风量的增大面增大，如果单靠增加风量来控制矿井下工作面的 氧浓度可能得不到理想效果.由于不同通风方式使矿井内风压分布呈现出不同状态，利用调
图5智能控制模块处理逐辑图
Fig. 5procesing logic dingram of the intelligent control module
