基于ANT技术的井下瓦斯监测与预警系统设计

发布时间：2017-08-11 08:02

  本文关键词：基于ANT技术的井下瓦斯监测与预警系统设计

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【摘要】：煤矿作为我国的主要能源，每年开采量都很大，但是由于煤矿安全预警系统的不完善或者性能不高等问题，每年因井下瓦斯爆炸等事故造成的人员伤亡很多，因此为了保障井下工作人员的生命安全和矿企的正常运作，设计新型的井下安全预警系统迫在眉睫。目前所使用的安全预警系统，大多都存在投资大、布线复杂、维护困难、使用寿命短等问题。本文根据以上所存在的问题，设计了一种基于ANT技术的井下瓦斯监测与预警系统，该系统能够根据不同的瓦斯浓度，进行不同等级的报警，同时该系统经过扩展之后，也可以与在通风排气、井下排水等安全措施衔接起来。 在对目前国内外技术的学习研究基础上，文章根据井下的特殊环境以及系统的功能要求，设计了由一个汇聚节点、三个瓦斯浓度采集节点和地面监控中心组成的瓦斯监测与预警系统。瓦斯浓度采集节点负责对井下瓦斯浓度数据的采集，采集完毕后发送给井下同一ANT无线传感器网络中的汇聚节点，汇聚节点则采用多跳的通信方式进行数据传输，最终由地面汇聚节点将瓦斯浓度信息传送给上位机，上位机则利用软件对瓦斯浓度信息进行读取、保存并且可以根据不同的瓦斯浓度进行不同等级的报警。 瓦斯浓度采集节点主要包括ANT通信模块、MSP430F149处理器、KGS-20传感器、电源模块等。充分考虑到了井下特殊环境因素，所以进行了低功耗的设计，使瓦斯浓度采集节点在正常工作的状态下，，电能耗费最低。汇聚节点大体与瓦斯浓度采集节点组成相同，主要负责与上位机通联。上位机软件是通过Visual Basic6.0软件进行编写的，可直观的对系统中三个传感器节点状态进行观测以及将采集的数据保存等功能。最后通过对软件的调试以及硬件的测试发现，其设计基本符合要求，可以实现数据的采集和传输功能，并能够针对不同的瓦斯浓度进行不同等级的多级报警。
【关键词】：瓦斯浓度监测 安全预警 无线传感器网络 ANT技术
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712;TP277
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 无线传感器网络研究现状11-12
• 1.2.2 煤矿安全预警系统研究现状12-14
• 1.3 主要内容和章节安排14-15
• 2 系统总体设计15-30
• 2.1 系统需求分析及设计原则15-16
• 2.2 系统总体设计方案16-18
• 2.3 系统分块方案设计18-22
• 2.3.1 基于 ANT 技术的瓦斯监测系统的方案设计18-20
• 2.3.2 基于瓦斯浓度信息预警系统的方案设计20-22
• 2.4 ANT 网络协议设计22-28
• 2.4.1 ANT 技术特点22
• 2.4.2 ANT 协议框架及网络拓扑结构22-23
• 2.4.3 ANT 网络协议的研究分析23-26
• 2.4.4 ANT 网络拓扑结构设计26-27
• 2.4.5 ANT 数据包结构设计27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 3 基于 ANT 技术的井下瓦斯监测系统的设计30-59
• 3.1 系统关键模块的选择30-33
• 3.2 瓦斯浓度采集节点硬件设计33-39
• 3.2.1 瓦斯浓度采集节点结构33-34
• 3.2.2 主控模块设计34-35
• 3.2.3 ANT 通信模块设计35-37
• 3.2.4 传感器模块设计37
• 3.2.5 天线设计37-38
• 3.2.6 JTAG 接口电路设计38-39
• 3.3 汇聚节点硬件设计39-45
• 3.3.1 汇聚节点结构39
• 3.3.2 主控模块电路设计39-40
• 3.3.3 ANT 通信模块电路设计40-42
• 3.3.4 串口通信电路设计42
• 3.3.5 电源模块设计42-43
• 3.3.6 PCB 图设计43-44
• 3.3.7 硬件测试44-45
• 3.4 瓦斯浓度采集节点软件设计45-56
• 3.4.1 瓦斯浓度采集节点软件结构设计45-46
• 3.4.2 初始化序设计46-49
• 3.4.3 驱动层设计49-53
• 3.4.4 接口层设计53-55
• 3.4.5 应用层设计55-56
• 3.5 汇聚节点软件设计56-58
• 3.5.1 汇聚节点软件结构设计56-57
• 3.5.2 汇聚节点软件的实现57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 4 基于瓦斯浓度信息预警系统的设计59-70
• 4.1 模糊模式识别和专家系统基本原理59-62
• 4.1.1 模糊模式识别基本原理59-60
• 4.1.2 专家系统基本原理60-62
• 4.2 模糊模式识别专家系统的模型建立62-64
• 4.3 基于瓦斯浓度信息预警系统的实现64-69
• 4.4 本章小结69-70
• 5 系统测试70-78
• 5.1 测试方案70
• 5.2 系统软件测试70-72
• 5.3 系统硬件测试72-77
• 5.3.1 系统通联测试73-74
• 5.3.2 瓦斯浓度采集测试74-77
• 5.3.3 功耗分析77
• 5.3.4 通信距离的测试77
• 5.4 本章小结77-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 全文工作总结78-79
• 6.2 研究展望79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得研究成果84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：654983