井下环境无线传感监测网络的研究

发布时间：2017-04-02 15:14

  本文关键词：井下环境无线传感监测网络的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿是我国的重要工业能源,在矿企不断发展的过程中,煤矿安全问题也日益凸显。煤矿井下环境监测系统作为一种必不可少的安全保障设备被应用于各种井下上作环境。对于现代化的中小型煤矿企业,设计一套经济实用并满足安全生产要求的井下环境监测系统是十分必要的。 本文在了解煤矿安全监控系统的发展状况和查阅大量该领域前沿技术论述的基础上,设计了一种专门用于获取井下多种环境信息的无线传感网络。文章分别从路由算法、硬件设计和软件实现这三个部分展开研究,并通过网络仿真验证了系统的可行性。 目前的井下环境监测系统大多采用有线连接方式,这种方式不仅成本高、系统扩展难度大,而且安全隐患也多。鉴于此,本文设计了一种专门监测井下环境信息的无线传感网络,该网络设置了大量的网络节点,每个节点设备都是FFD,也就是说除了作为汇聚节点(即协调器)以外,其余任意一个节点既可以作为传感器节点获取数据,也可以在必要的时候充当路由节点进行数据的收发。本监测网络的网络节点主要负责井下多种环境参数(温湿度、瓦斯浓度以及其它气体浓度)的数据采集。采集到的环境数据经过主控芯片CC2431的简单处理,形成数据包并按照一定的路由算法传送至协调器节点。每个网络中都有唯一的一个汇聚节点,该节点负责网络的建立和管理,并汇集各路数据,通过通信口传送至上位机。文章通过软件设计了整个网络的路由算法,确定了数据的传输机制,保证了数据传输的可靠性、时效性和安全性。 相比同类其他的系统,本系统更全面更精确的监测井下各种环境参数,且路由算法的优化使得系统数据的传输效率大大提高。本系统经济实用,能够有效的改善现有井下环境监测方法的一些不足之处,为今后煤矿安全监控系统的研究提供了一定的技术参考。
【关键词】：主控芯片 环境参数 网络节点 路由算法
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 国内外发展及研究现状12-14
• 1.3 课题研究的主要内容14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 ZigBee无线传感网络的构建16-28
• 2.1 ZigBee技术介绍16-21
• 2.1.1 无线通信技术的选择16-18
• 2.1.2 ZigBee特性18-19
• 2.1.3 ZigBee协议栈19-21
• 2.2 无线传感网络结构21-24
• 2.2.1 网络设备类型21-22
• 2.2.2 网络拓扑结构22-24
• 2.3 网络路由算法24-27
• 2.3.1 路由算法遵循的原则24-25
• 2.3.2 ZigBee网络的基本路由算法25-26
• 2.3.3 ZigBee网络基本路由算法26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 井下环境无线传感监测网络的硬件设计28-40
• 3.1 无线传感监测网络的总体方案28-29
• 3.1.1 无线传感监测网络的主要功能28
• 3.1.2 无线传感监测网络的总体方案28-29
• 3.2 网络节点的硬件设计29-39
• 3.2.1 节点整体设计29-30
• 3.2.2 主控芯片CC2431及其基本外围电路30-32
• 3.2.3 传感器电路32-37
• 3.2.4 射频模块和天线37-38
• 3.2.5 串口通信电路38
• 3.2.6 电源模块38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 井下环境无线传感监测网络的软件实现40-54
• 4.1 软件开发环境40-41
• 4.2 网络节点软件设计41-52
• 4.2.1 节点流程图41-43
• 4.2.2 节点程序设计43-46
• 4.2.3 节点数据的采集46-49
• 4.2.4 节点数据的传输49-51
• 4.2.5 串口通信流程51-52
• 4.3 本章小结52-54
• 5 系统仿真54-58
• 5.1 仿真环境的建立54-55
• 5.2 无线传感监测网络的仿真55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 总结与展望58-60
• 6.1 工作总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 作者简介及读研期间主要科研成果65

【参考文献】

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本文编号：282705