基于ZigBee技术的煤矿瓦斯监控系统的研究

发布时间：2017-10-23 06:33

  本文关键词：基于ZigBee技术的煤矿瓦斯监控系统的研究

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【摘要】：煤矿瓦斯监控系统是煤矿井下安全生产的重要保证。传统的矿井瓦斯监控系统主要构建在有线电缆通信的基础上,通信链路容易受井下现场环境的影响,传感器节点接入很不灵活,监测范围很窄,不能适应现代化高效矿井生产的需要。ZigBee无线传感网络技术以其低成本、低功耗、网络容量大、组网自适应性强等优点,被广泛应用于低数据传输速率的工业场合。本文提出一种基于ZigBee无线传感网络替代煤矿瓦斯监控系统局部有线传输的改造设计方案,将ZigBee无线传感网络技术应用于瓦斯、温度、湿度等数据采集和实现系统断电控制,从而提高瓦斯监控系统的可靠性和灵活性,扩大系统的监控范围。本文的创新点有两个:网络传输部分设计分簇式网络的组网过程及节点加入过程的控制方法,层次型网络的算法,拓扑控制,设计网络周期巡检模式下的工作流程和数据融合方式,分析井下环境对ZigBee无线网络的干扰因素,提出ZigBee无线网络井下部署的基本原则;数据处理部分使用神经网络方法实现FIR滤波器用于对通信数据进行滤波处理,FIR滤波器具有严格的相频特性,能保证信号在传输过程中不会有明显的失真,在信号处理中占有重要地位,本文使用神经网络方法,以余弦基函数作为激励函数,通过不断训练权值实现FIR滤波器的设计。
【关键词】：瓦斯监控 ZigBee 神经网络 FIR滤波器
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1.绪论10-16
• 1.1 煤矿瓦斯监控系统的研究背景10-12
• 1.2 煤矿瓦斯监控系统国内外研究现状12-14
• 1.3 本论文的主要内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 ZigBee瓦斯监控系统方案设计16-26
• 2.1 煤矿有线瓦斯监控系统组成及缺点分析16-20
• 2.1.1 煤矿有线瓦斯监控系统组成16-17
• 2.1.2 煤矿瓦斯监控系统工作过程及现场管理要求17-18
• 2.1.3 煤矿有线瓦斯监测系统的缺陷18-20
• 2.2 ZigBee无线瓦斯监控系统的设计方案20-24
• 2.2.1 ZigBee无线传输网络的布置20-21
• 2.2.2 ZigBee无线瓦斯监控系统的构成21-22
• 2.2.3 无线瓦斯监控系统功能及主要参数指标22-23
• 2.2.4 ZigBee瓦斯监测系统设计原则23-24
• 2.3 本章小结24-26
• 3 ZigBee瓦斯监控关键技术研究26-44
• 3.1 ZigBee层次型网络研究26-34
• 3.1.1 ZigBee瓦斯监控的层次型网络设计26-27
• 3.1.2 ZigBee网络节点的地址分配27-29
• 3.1.3 分簇网络的时隙分配设计29-31
• 3.1.4 ZigBee网络周期性巡检流程设计31-34
• 3.2 基于神经网络的FIR滤波器的研究34-43
• 3.2.1 数字滤波器技术概述34-35
• 3.2.2 FIR滤波器的设计方法35-36
• 3.2.3 基于神经网络的FIR滤波器的设计36-43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 ZigBee瓦斯监控系统的硬件设计44-62
• 4.1 ZigBee节点硬件设计44
• 4.2 传感器节点的设计44-59
• 4.2.1 传感器节点的设计要求44-45
• 4.2.2 传感器节点各硬件模块分析45-51
• 4.2.3 传感器节点模块设计51-59
• 4.3 馈电开关控制装置的设计59-61
• 4.3.1 馈电开关控制节点设计59-60
• 4.3.2 本安断电器与馈电开关的连接设计60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 ZigBee瓦斯监控系统的软件设计62-86
• 5.1 ZigBee协议栈构架62-63
• 5.2 ZigBee软件开发63-66
• 5.2.1 ZigBee技术的基本术语63-65
• 5.2.2 ZigBee协议栈的接口65-66
• 5.3 ZigBee的组网设计66-78
• 5.3.1 协调器软件设计66-71
• 5.3.2 子节点软件设计71-75
• 5.3.3 网络节点之间的数据传输75-77
• 5.3.4 馈电开关控制节点的流程设计77-78
• 5.4 瓦斯监控软件设计和瓦斯监控功能的实现78-84
• 5.5 本章小结84-86
• 6 ZigBee瓦斯监控系统的测试86-96
• 6.1 ZigBee无线网络系统测试86-89
• 6.1.1 测试内容和意义86
• 6.1.2 点对点通信实验86-87
• 6.1.3 星型网络参数测试87-88
• 6.1.4 ZigBee网络节点功耗测试88-89
• 6.2 节点模块的通信距离测试89-91
• 6.2.1 不含路由器的通信距离测试89
• 6.2.2 网络增加路由节点时传输距离的测试89-91
• 6.3 瓦斯浓度监测实验91-92
• 6.4 人体体温监测实验92
• 6.5 影响井下无线通信的因素分析92-95
• 6.6 本章小结95-96
• 7 结论和展望96-98
• 参考文献98-102
• 作者简历102-104
• 学位论文数据集104

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本文编号：1082011