基于无线传感网的矿井环境监测系统设计

发布时间：2017-06-21 11:02

  本文关键词：基于无线传感网的矿井环境监测系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国家对煤矿安全生产日益重视，研究新型技术保证煤矿安全生产成为关注热点。矿井监测系统在采掘巷道采用有线传输方式存在的局限性一是采掘过程中巷道结构不断变化导致线缆同步延伸麻烦、成本高，二是对移动机械设备和一些特殊角落难以布置监测节点实现矿井全方位监测。由于ZigBee无线通信技术具有低功耗、低成本、应用简单等特点，本文设计了基于ZigBee技术的矿井环境监测系统。 本文深入分析了矿井结构、主要灾害因素、监测系统需求、国内外研究现状及发展趋势，提出了基于ZigBee技术的矿井环境监测系统方案。本文详细分析了该系统的结构和功能原理，采用在井下主巷道RS-485有线通信和采掘巷道ZigBee无线通信相结合的网络结构，ZigBee采用网型网络拓扑结构，井上部分上位机和井下监测节点采用标准的Modbus协议进行通信，上位机采用LabView进行数据接收、存储和显示。 实现了监测节点的硬件设计，包括结构模块组成、硬件选型以及各模块具体设计，处理器模块采用STM32，ZigBee无线通信采用顺舟科技公司的ZigBee无线通信模块SZ05。编程实现了监测节点驱动各传感器检测环境信息过程。本文制定了监测系统的通信方式以及各节点的通信功能，确立了监测系统的ZigBee无线通信实现过程，制定了Modbus协议并对监测节点处理器STM32编程和上位机Labview编程实现了Modbus协议的通信过程。 最后制作了试验系统对矿井环境监测系统的功能实现以及采集数据准确可靠性进行了测试，，测试结果显示该系统能够实时准确显示环境监测信息，运行稳定可靠，证实了该方案可行，满足矿井环境监测的需求。
【关键词】：矿井监测 ZigBee Modbus RS-485总线 单片机
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 引言8-10
• 1 矿井监测需求分析10-18
• 1.1 矿井巷道结构10-11
• 1.2 矿井灾害因素11-12
• 1.3 矿井监测系统功能需求12-14
• 1.4 矿井监测系统性能要求14-15
• 1.5 矿井监测系统研究现状15-16
• 1.6 矿井监测系统发展趋势16-17
• 1.7 本课题主要研究内容17
• 1.8 本章小结17-18
• 2 矿井监测系统关键技术分析18-25
• 2.1 ZigBee无线通信技术18-20
• 2.1.1 ZigBee技术概述18
• 2.1.2 ZigBee技术优势18-19
• 2.1.3 ZigBee组网方式19-20
• 2.2 Modbus通信协议20-24
• 2.2.1 Modbus协议概述20-21
• 2.2.2 Modbus协议传输模式21-22
• 2.2.3 Modbus协议技术分析22-23
• 2.2.4 Modbus协议校验方法23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 矿井监测系统总体设计25-31
• 3.1 系统方案选择25-26
• 3.1.1 系统网络结构25
• 3.1.2 ZigBee网络拓扑结构25-26
• 3.2 系统结构设计26-28
• 3.3 系统功能设计28-29
• 3.4 系统参数指标29-30
• 3.5 本章小结30-31
• 4 硬件设计31-42
• 4.1 硬件框架设计31
• 4.2 STM32处理器模块31-36
• 4.2.1 处理器介绍31-32
• 4.2.2 处理器模块硬件设计32-36
• 4.3 ZigBee通信模块36-37
• 4.4 传感器模块37-41
• 4.4.1 温湿度传感器37-38
• 4.4.2 气体传感器38-39
• 4.4.3 火焰传感器39-40
• 4.4.4 风速传感器40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 5 矿井监测系统软件设计42-58
• 5.1 传感器软件设计42-47
• 5.1.1 温湿度模块驱动42-45
• 5.1.2 气体传感器驱动45-46
• 5.1.3 火焰传感器驱动46
• 5.1.4 风速传感器驱动46-47
• 5.2 ZigBee通信模块设计47-48
• 5.3 Modbus协议48-56
• 5.3.1 Modbus协议格式48-50
• 5.3.2 Modbus协议实现过程50-56
• 5.4 LabView上位机设计56
• 5.5 本章小结56-58
• 6 系统测试58-62
• 6.1 实验平台分析58-59
• 6.2 实验平台测试59-60
• 6.3 实验数据采集60-61
• 6.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 附录A 监测节点硬件电路原理图66-67
• 在学研究成果67-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 覃磊;张杰;;基于ZigBee技术的煤矿瓦斯监测系统[J];计量与测试技术;2007年01期

2 黄艳,肖铁军,黄建文;虚拟仪器技术中的VISA及其实现[J];江苏理工大学学报(自然科学版);2000年01期

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  本文关键词：基于无线传感网的矿井环境监测系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：468411