煤矿安全预警系统中传感器节点研究与设计

发布时间：2017-05-15 14:23

  本文关键词：煤矿安全预警系统中传感器节点研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿作为我国经济建设重要的资源，煤矿工业的安全生产一直是国内外煤炭开采工程最为关注的问题。由于井下环境复杂，我国煤矿事故频发。现在大多数煤矿井下监测系统在实际运行时采用有线方式布线，这就会出现传输线缆布线困难、监测范围小、电磁干扰强度大、系统的价格和维护成本高，同时还存在耗能多、扩展性差等问题。因此为煤炭行业设计可靠安全的煤矿预警系统，对于煤矿安全来说非常重要。利用无线传感器网络技术，设计煤矿安全预警系统中的传感器节点，组网灵活，解决有线传输带来的不足，及时掌握井下环境因素，预防事故发生，减少不必要伤亡。 根据煤矿井下具体要求，对传感器节点进行总体方案设计，主要分为四个模块。其中主要是处理器模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块。处理器模块选用意法半导体公司的STM32W108，，其内置ARM Cortex-M3微处理器，它有32位高性能的内核，使用ARMThumb2指令集。具有高性能、低功耗、高内存利用率的特点。无线射频模块用STM32W108进行数据传输，应用ZigBee协议在各传感器节点间进行数据传输。传感器节点中采用数字温湿度传感器DHT22进行温湿度采集，瓦斯传感器选用MJC/3.0L型气敏元件传感器。电源管理芯片选用TI的TPS73230DBVT和TPS73233DBVT，通过对电路的低功耗设计分别为瓦斯传感器和处理器芯片、温湿度传感器提供电源。 以IAR System公司为ARM微处理器开发的IAR EWARM为开发平台，以TI公司的ZigBee协议栈为基础，对传感器节点进行软件设计。最终实现了对煤矿井下环境参数的采集，该传感器具有较强的可移植性，对节点的增减也十分方便。以温度参量为实验对象，通过对节点测试采集的数据进行分析，表明此传感器节点具有可行性，稳定性和可靠性。
【关键词】：煤矿安全 传感器节点 STM32W108 ZigBee 低功耗
【学位授予单位】：河北联合大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76;TP212
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 注释说明清单11-12
• 引言12-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 选题的背景及意义14-15
• 1.2 煤矿安全生产预警系统的国内外概况及存在问题15-18
• 1.3 无线传感器网络国内外研究现状18-20
• 1.4 研究内容20-21
• 第2章 无线传感器网络和 ZigBee 技术21-31
• 2.1 无线传输技术21-23
• 2.2 无线传感器网络基础理论23-25
• 2.3 ZigBee 协议结构和网络配置25-30
• 2.3.1 ZigBee 协议26-28
• 2.3.2 ZigBee 网络配置28-30
• 2.4 ZigBee 协议与无线传感器网络的融合30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 煤矿安全预警系统中传感器节点总体设计31-36
• 3.1 煤矿安全预警系统整体构架31-32
• 3.2 传感器节点设计需求分析32-34
• 3.2.1 井下环境分析32-34
• 3.2.2 建立网络系统分析34
• 3.3 软硬件系统的设计要求34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 传感器节点硬件设计36-59
• 4.1 处理器选型36-41
• 4.1.1 选型需求分析36-38
• 4.1.2 STM32W108 单片机38-39
• 4.1.3 无线应用模块39-41
• 4.2 传感器节点总体结构设计41-42
• 4.3 无线通信模块外围电路设计42-48
• 4.4 传感器模块设计48-55
• 4.4.1 温湿度采集电路48-49
• 4.4.2 瓦斯浓度采集电路49-54
• 4.4.3 传感器节点扩展插槽54-55
• 4.5 语音报警电路设计55
• 4.6 电源模块55-57
• 4.7 硬件抗干扰措施57-58
• 4.8 本章小结58-59
• 第5章 传感器节点软件设计59-69
• 5.1 软件开发工具59-61
• 5.2 节点间的无线通信61-64
• 5.3 数字滤波算法64-65
• 5.4 传感器模块程序设计65-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 节点综合测试与数据分析69-74
• 6.1 调试系统69-70
• 6.2 点对点测试过程和数据分析70-73
• 6.2.1 测试条件70
• 6.2.2 测试过程70-72
• 6.2.3 测试数据72-73
• 6.3 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 附录A 传感器节点主程序80-85
• 致谢85-87
• 导师简介87-88
• 作者简介88-89
• 学位论文数据集89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 任小洪;乐英高;徐卫东;周天鹏;;无线传感ZigBee技术在物联网中的应用[J];电子技术应用;2011年06期

2 王涛;我国煤矿矿井监控系统的现状与发展[J];煤炭科学技术;2000年09期

3 李建中,李金宝,石胜飞;传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J];软件学报;2003年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王廷;基于STM32W108的油田无线传感器节点设计[D];燕山大学;2011年

2 夏韫韬;基于无线传感器网络的煤矿综合监控系统设计[D];安徽大学;2010年

3 曹鑫;无线传感器网络节点定位在STM32W上的实现[D];西安工业大学;2013年

  本文关键词：煤矿安全预警系统中传感器节点研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：368045