矿山安全监控系统的设计与实现

发布时间：2017-04-28 03:02

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【摘要】：我国煤炭资源丰富,产量逐年提高,煤炭资源在我国的能源结构中具有重要的地位。但我国煤炭产量主要来自井下开采,地质条件复杂,自动化程度低,事故多发,煤矿安全生产关系到我国煤炭工业的持续健康发展。因此,需要建立一套矿山安全监控系统对井下生产过程进行监控,对于减少煤矿生产事故的发生和提高事故救援的效率有着重要意义。目前我国煤矿大多均已装备了安全监控系统,但这些系统普遍存在功能单一、数据传输速率低的问题,且大多采用区域定位,无法确定人员的移动方向和精确位置,不利于安全生产管理。针对上述问题,本文设计了具有快速数据通信、环境参数监测、人员定位等功能的矿山安全监控系统,用于提高矿山安全生产水平。首先针对目前矿山监控系统普遍存在数据传输速率较低的问题,采用基于ARM构架的LPC2460处理器作为主控制芯片,设计了井下多功能监控基站。基站网络模块采用RTL8019AS以太网控制器,利用TCP/IP协议,能够实现与地面管理系统间的快速网络通信;采用施密特反向触发器对输入频率信号进行处理,实现频率型传感器信号的远距离传输;采用LCD液晶屏,实时显示监控状态等。针对监控系统对井下人员定位精度不高的问题,提出了一种基于滤波的加权质心定位算法,该算法不仅考虑了如何降低环境对测距精度的影响,同时利用人员移动特性实现对井下人员的跟踪定位,仿真实验表明能够达到较高的定位精度。在此基础上设计了人员定位识别卡,将井下人员定位算法在识别卡中实现,并进行了实验,结果表明,算法能够较好的实现对移动人员的跟踪定位。通过实验验证表明,本文设计的矿山安全监控系统,能够有效地实现对环境参数的实时监控和人员的精确定位,并能以较高的通信速率实现与地面管理系统间的网络通信。
【关键词】：安全监控 井下基站 定位
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题来源及研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 第2章 系统总体设计与相关技术研究13-26
• 2.1 监控系统概述13
• 2.2 系统总体设计13-16
• 2.2.1 设计要求13-14
• 2.2.2 方案论证14-16
• 2.3 井下人员定位算法研究16-25
• 2.3.1 RSSI测距16-18
• 2.3.2 井下人员定位算法18-21
• 2.3.3 井下移动目标跟踪定位21-24
• 2.3.4 人员定位算法仿真24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 硬件设计26-39
• 3.1 基站硬件设计26-35
• 3.1.1 控制器核心模块27-28
• 3.1.2 调试模块28-29
• 3.1.3 传感器测量电路29-31
• 3.1.4 控制输出电路31
• 3.1.5 无线收发模块31-32
• 3.1.6 网络通讯模块32-33
• 3.1.7 LCD显示模块33-34
• 3.1.8 电源模块34-35
• 3.2 人员识别卡硬件设计35-38
• 3.2.1 控制器模快35-37
• 3.2.2 电源模块37
• 3.2.3 编程接口模块37
• 3.2.4 报警电路模块37-38
• 3.2.5 无线收发模块38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 固件设计39-52
• 4.1 RT-Thread实时操作系统39-40
• 4.2 基站程序设计40-47
• 4.2.1 网络通讯41-44
• 4.2.2 人机交互44-45
• 4.2.3 传感器参数采集45-46
• 4.2.4 无线通讯模块46-47
• 4.3 人员识别卡程序设计47-51
• 4.3.1 无线通讯处理模块48-49
• 4.3.2 报警求助模块49
• 4.3.3 人员定位模块49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 系统测试与分析52-59
• 5.1 系统基本功能测试52-54
• 5.2 监控参数采集测试54-56
• 5.3 人员定位测试56-58
• 5.3.1 RSSI-d衰落曲线拟合56-57
• 5.3.2 目标跟踪测试57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 附录1 基站主控板电路原理图64-65
• 附录2 硬件实物图65-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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8 张U

本文编号：331959