矿用无线多参数传感器设计的研究与实现

发布时间：2017-05-19 14:28

  本文关键词：矿用无线多参数传感器设计的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：安全一直是煤矿生产的核心内容。我国煤矿安全事故时有发生,造成了巨大的人员伤亡和财产损失,安全生产是煤炭行业的迫切需求。煤矿安全监测系统可以在煤矿安全生产中发挥巨大的作用,其中对煤矿井下环境参数的监测更是重中之重。在现有的煤矿环境参数监测系统中,主要通过有线或者单一无线协议进行通信。在采用有线通信的监测系统中,采集节点的布置受限于通信线缆,不便于灵活安放,此外新增加的线缆不仅成为了矿井中新的隐患,还何有可能在井下严苛的工作条件下发生故障；在采用单一无线协议通信的监测系统中,绝大多数选择ZigBee技术作为传输方式,但煤矿井下特殊的空间结构非常不利于长距离无线通信,采用ZigBee技术进行通信只能采取单链、中继的方式,中继节点通信压力大,严重影响使用寿命,且非常容易由于单个中继节点的故障导致整个系统的失效。同时,ZigBee作为一种低速率的无线通信技术,单个节点难以承受整个煤矿井下所有节点的数据流,并且限制了高传输速率功能的扩展。针对这些问题,设计了一种依托井下工业以太网,结合ZigBee与WiFi无线技术,集成采集煤矿井下多种环境参数的煤矿混合无线网络多参数环境监测系统。该系统安装方便,可移动采集,传输信道容量大,后台数据处理系统便于实现煤矿信息化。本文主要研究内容：设计实现微型化、低功耗节点。系统包括多参数采集节点与ZigBee-WiFi网关节点,数据采集节点完成对煤矿井下瓦斯浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、温度以及湿度的采集,将采集到的数据传输至ZigBee-WiFi网关节点；ZigBee-WiFi网关节点完成ZigBee协议与WiFi协议间的转换,将环境参数最终通过井下以太网进行传输。设计实现ZigBee-WiFi混合无线网络通信模式。系统中ZigBee与WiFi无线网络并存,结合了ZigBee网络组网灵活、功耗低与WiFi网络信道容量大、易于汇入以太网的优点,实现了井下环境监测系统的整体覆盖。设计实现后台数据处理系统。依托串口通信设计了单上位机数据处理系统,实现现场环境下对环境参数的实时处理；依托MVC架构设计了B/S数据处理系统,实现了远程网络化数据处理。
【关键词】：煤矿 监测系统 ZigBee WiFi B/S
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212;TD76
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 煤矿监测系统国内外发展现状10-11
• 1.3 本文研究内容及论文结构11-14
• 第二章 煤矿监测方案整体设计14-20
• 2.1 煤矿环境监测技术指标14-16
• 2.1.1 参数选择14-15
• 2.1.2 参数采集技术指标15-16
• 2.2 系统结构设计方案16-19
• 2.3 系统工作流程19-20
• 第三章 节点硬件设计20-42
• 3.1 硬件整体结构20-21
• 3.2 电源模块设计节点设计21-24
• 3.2.1 宽幅输入3.3V稳压电路21-22
• 3.2.2 传感器2.8V稳压电路22-23
• 3.2.3 双电源放大器供电电路23-24
• 3.3 主控模块设计24-26
• 3.4 无线传输模块设计26-30
• 3.4.1 高增益传输设计26-27
• 3.4.2 低增益传输设计27
• 3.4.3 双天线设计27-30
• 3.5 数据采集模块设计30-38
• 3.5.1 瓦斯浓度采集电路30-33
• 3.5.2 一氧化碳浓度采集电路33-35
• 3.5.3 氧气浓度采集电路35-37
• 3.5.4 温度、湿度采集电路37-38
• 3.6 WIFI模块计38-39
• 3.7 系统抗干扰及匹配设计39-42
• 第四章 无线通信设计42-46
• 4.1 无线通信整体设计42-43
• 4.2 ZIGBEE通信设计43-44
• 4.3 WIFI通信设计44
• 4.4 网关通信设计44-46
• 第五章 系统软件设计46-54
• 5.1 节点软件设计46-51
• 5.1.1 数据采集节点软件设计46-50
• 5.1.2 网关节点软件设计50-51
• 5.2 监控中心软件设计51-54
• 5.2.1 基于串口的上位机程序设计51-52
• 5.2.2 基于MVC的B/S架构程序设计52-54
• 第六章 测试与分析54-58
• 6.1 系统测试54-56
• 6.1.1 环境参数采集实验54
• 6.1.2 数据传输实验54-55
• 6.1.3 数据处理实验55
• 6.1.4 节点寿命实验55-56
• 6.2 实验分析56-58
• 第七章 总结与展望58-62
• 7.1 工作总结58-59
• 7.2 未来展望59-62
• 7.2.1 监测系统性能优化59
• 7.2.2 监测系统功能拓展59-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 硕士在读期间学术科研成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 钱志鸿;王义君;;面向物联网的无线传感器网络综述[J];电子与信息学报;2013年01期

2 杨国庆;侯红伟;冯改国;张新玉;;我国煤矿瓦斯监控系统现状及发展[J];煤炭技术;2008年09期

3 赵丽;殷生斗;;煤矿信息系统的发展现状及其设计应用[J];煤炭技术;2013年05期

  本文关键词：矿用无线多参数传感器设计的研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：378968