低功耗矿压监测系统的设计与实现

发布时间：2017-06-06 02:18

  本文关键词：低功耗矿压监测系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：监测煤矿井下压力的变化情况是煤矿安全生产中的重要环节,针对当前煤矿监测系统功能单一,组网复杂,节点功耗大等问题,本论文设计了一种新型低功耗的煤矿压力监测系统,为矿压的监测提供了有效可靠的技术帮助。本文设计的煤矿压力监测系统主要分为三个部分:井下压力传感器节点、通信分站以及井上监控上位机。井下压力传感器节点监测煤矿巷道顶板压力和煤柱压力的变化情况,然后将压力数据发送到井下通信分站,通信分站作为数据传输的中转站,将压力数据通过以太网的方式传送到井上监控上位机中。工作人员通过上位机来监控井下矿压变化情况。本文所做的工作如下:第一,通过阅读大量文献和咨询相关工作人员,了解当前煤矿压力监测系统的相关技术与功能需求,对系统进行总体设计。第二,根据系统的功能需求,设计了井下传感器节点和通信分站的功能模块,并对硬件进行选型,满足了矿压监测系统对井下设备的要求。第三,对系统采用了低功耗设计,采用基于ZigBee的低功耗通信方式、低功耗芯片CC2530与基于时间同步机制的软件流程,从整体上降低了节点功耗,并对节点功耗进行了功耗测试,验证了低功耗设计的可行性。第四,通信分站嵌入μC/OSⅡ系统,使用C#语言编写上位机软件,配合使用SQL Server数据库,在增加系统可靠性与易用性的同时,极大的方便了工作人员对数据的分析与管理。本系统采用一系列低功耗设计方法,在保证监控系统可靠性的同时,尽可能的降低了系统的功耗,大幅度提高了节点的使用寿命。在实际测试中,保证了节点电池的有效使用时间大于一年,满足了煤矿的使用要求。同时基于C#的上位机软件运行稳定,数据处理迅速,操作方便,满足了监控的要求。本系统于2015年获得了重庆煤科院认证,并在山西王庄和四候等煤矿安装使用,运行情况良好。
【关键词】：低功耗 ZigBee CC2530 矿压监测 煤矿巷道 C#
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 选题背景及意义13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外煤矿监测系统的研究现状13-14
• 1.2.2 国内煤矿监测系统的研究现状14-15
• 1.3 系统的总体功能设计15-16
• 1.4 本论文章节介绍16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 系统的总体设计17-21
• 2.1 系统的总体需求分析17
• 2.2 系统总体设计17-19
• 2.3 监测系统的工作流程简介19-20
• 2.3.1 传感器节点19
• 2.3.2 通信分站19
• 2.3.3 上位机19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 煤矿井下设备的硬件设计21-29
• 3.1 压力传感器节点的硬件设计21-23
• 3.1.1 数据采集模块22
• 3.1.2 射频模块22-23
• 3.2 通信分站的硬件设计23-28
• 3.2.1 数据处理模块24
• 3.2.2 存储模块24-25
• 3.2.3 显示触摸模块25
• 3.2.4 电源模块25-27
• 3.2.5 以太网模块27
• 3.2.6 光电转换模块27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第四章 低功耗的设计与测试29-41
• 4.1 低功耗通信方式设计29-32
• 4.1.1 Zig Bee技术简介29-30
• 4.1.2 Zig Bee协议30
• 4.1.3 其它几种近距离无线传输方式30-32
• 4.2 低功耗硬件设计32-34
• 4.3 低功耗软件设计34-38
• 4.3.1 时间同步通信机制34-37
• 4.3.2 中断方式37
• 4.3.3 单机模式37-38
• 4.4 节点功耗测试38-39
• 4.5 本章小结39-41
• 第五章 分站与上位机软件的设计与实现41-67
• 5.1 通信分站软件设计41-45
• 5.1.1 通信分站功能分析41
• 5.1.2 通信分站操作系统41-42
• 5.1.3 通信分站的任务设计42-44
• 5.1.4 通信分站的界面设计44-45
• 5.2 上位机软件的设计45-65
• 5.2.1 上位机软件功能分析45
• 5.2.2 上位机软件编译和运行环境45-46
• 5.2.3 以太网通信的实现46-48
• 5.2.4 数据解析48-53
• 5.2.5 线程池53-56
• 5.2.6 数据库的设计56-62
• 5.2.7 上位机软件界面设计62-65
• 5.3 本章小结65-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 在读期间发表的学术论文75

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本文编号：425184