基于无线传感器网络的矿用通风机监测及诊断系统开发

发布时间：2022-12-23 18:22

　　通风机是煤矿安全生产的关键设备之一，担负着向井下输送新鲜空气、排出污染气体的重任。目前设备状态监测系统绝大多数都是通过电缆来传输信号，这在有些工业现场存在难以实施、维护困难、信号干扰严重和系统扩展性差等问题，而且由于矿用通风机所需监测的节点和参数众多且分布较分散，因此，设计一种通过无线传感器网络方式采集、传输数据的状态监测系统显得尤为重要。通过无线传感器网络，可以免除传统的有线传感器方式的诸多不便，实现通风机运行状态的无线监测与故障诊断。 本文在详细研究矿用通风机状态监测及诊断系统发展历程及现状的基础上，开发了针对矿用通风机的无线传感器网络监测及故障诊断系统，它包括系统软件平台、系统硬件平台以及通风机故障诊断平台。本系统采用ZigBee协议组建无线传感器网络，系统硬件平台由无线传感器网络的协调器节点、传感器信号采集节点以及工控机和各类传感器构成，实现了对通风机的振动、温度、负压、电参数等信息的实时采集与传输；系统软件平台由两部分组成，即基于Z-Stack开发的无线传感器网络应用程序和基于组态王开发的上位机监测软件，实现了对通风机状态参数实时监测；研究了适用于本监测系统的故障诊断原... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 无线传感器网络及应用研究现状
        1.2.2 通风机监测系统应用研究现状
    1.3 课题来源及研究内容
第2章 系统总体方案
    2.1 矿用通风机工作原理及监测参数
        2.1.1 矿用通风机结构及工作原理
        2.1.2 矿用通风机的监测参数
    2.2 无线通信网络
        2.2.1 无线通信网络概况
        2.2.2 通信协议的选取及应用
    2.3 通风机监测系统总体结构和功能
        2.3.1 监测系统总体结构
        2.3.2 监测系统节点设计
    2.4 本章小结
第3章 无线传感器网络硬件平台设计
    3.1 监测系统传感器的选型
    3.2 节点无线模块的设计
        3.2.1 ZigBee 芯片的选取
        3.2.2 节点无线模块的设计
    3.3 传感器节点的硬件设计
        3.3.1 电压转换模块设计
        3.3.2 电流输出信号调理电路设计
        3.3.3 温度信号采集电路设计
        3.3.4 传感器节点电路板设计
    3.4 协调器节点的硬件设计
    3.5 本章小结
第4章 系统软件设计
    4.1 无线传感器网络协议
        4.1.1 ZigBee 协议的体系结构
        4.1.2 Z-Stack 软件的架构
    4.2 Z-Stack 无线通信协议应用实现
        4.2.1 通风机无线监测网络协议
        4.2.2 基于 Z-Stack 的监测网络实现过程
        4.2.3 数据采集程序的编写
        4.2.4 ZigBee 点对点无线通信测试及分析
    4.3 协调器节点与上位机通信的实现
        4.3.1 通用单片机通讯协议说明
        4.3.2 组态王与协调器节点通讯程序设计
        4.3.3 程序调试及分析
    4.4 上位机监测系统软件开发
    4.5 本章小结
第5章 通风机故障诊断系统
    5.1 故障诊断原理
        5.1.1 常见通风机故障诊断方法
        5.1.2 基于未确知测度理论的诊断方法
    5.2 通风机故障诊断软件开发
        5.2.1 组态监测软件与 VB 诊断软件数据交互
        5.2.2 基于 VB 和 Matlab 的故障诊断程序设计
    5.3 诊断实验及分析
        5.3.1 常用诊断方法的实验分析
        5.3.2 基于未确知测度的通风机诊断实验验证
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]轴流式通风机叶片振动的测量方法[J]. 张永超,张振东,陈庆光,李京雷,李元宝.  矿山机械. 2011(12)
[2]选煤厂ZigBee监测系统的设计[J]. 汪正东,张申.  煤矿安全. 2011(07)
[3]滚动轴承故障的全矢小波分析[J]. 韩捷,王宏超,陈宏,巩晓赟,王植申.  轴承. 2011(03)
[4]基于VB和Matlab的电化学实验数据处理系统的设计与实现[J]. 莫玲芝,王如龙,张锦.  计算机与应用化学. 2011(02)
[5]基于未确知测度的机械设备运行状态识别与故障诊断方法研究[J]. 柴保明,王志腾,李文选,王鹏.  装备维修技术. 2010(02)
[6]EMD分解区域的数据研究[J]. 郭淑卿.  信号处理. 2010(02)
[7]基于COM组件的VB与MATLAB混合编程实现振动信号处理[J]. 宋广东,刘统玉,王昌,霍佃恒,祁海峰.  山东科学. 2010(01)
[8]Z-Stack剖析及其在无线测温网络中的应用[J]. 张奇松,尹航.  计算机系统应用. 2009(02)
[9]Sensor deployment strategy for chain-type wireless underground mine sensor network[J]. CHEN Guang-zhu, ZHU Zhen-cai, ZHOU Gong-bo, SHEN Chun-feng, SUN Yan-jing School of Mechanical ＆ Electrical Engineering, China University of Mining ＆ Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008, China.  Journal of China University of Mining ＆ Technology. 2008(04)
[10]煤矿主通风机运行状态远程监测与故障预警的研究[J]. 付胜,朱全.  中国煤炭. 2008(04)

硕士论文
[1]基于ZigBee技术的无线网络协调器的研究[D]. 杨春华.西南石油大学 2011
[2]基于未确知理论的煤矿安全评价研究[D]. 吴洋.河北工程大学 2010



本文编号：3725201