基于ZigBee的煤矿顶板位移监测系统的设计

发布时间：2017-09-04 04:12

  本文关键词：基于ZigBee的煤矿顶板位移监测系统的设计

  更多相关文章： ZigBee 接力传输 本质安全型 低功耗

【摘要】：煤矿巷道的监测和支护是煤矿安全的重大课题。巷道中通讯不便,监控设施有限导致煤矿安全生产面临巨大威胁。本课题设计的煤矿顶板位移监测系统能够对巷道顶板进行实时监测,增强煤矿生产安全。 论文针对矿井复杂的巷道分布结构和特殊的技术要求提出了一种巷道顶板位移数据传输方式——基于ZigBee的数据无线接力传输方式,并设计了顶板位移采集分站、通信主站和顶板位移数据管理软件。其中,采集分站以线型网络结构每50m一台安装在巷道顶板上,能够实时采集巷道顶板离层信息提供现场查询和位移报警,并可作为中继通过ZigBee无线接力传输的方式将远离通讯主站方向的采集分站的位移信息传递回通信主站。通讯主站安装在巷道入口或井下监控室中,能够收集所属巷道所有采集分站的位移信息并提供存储、查询、转储和上传至井上监控主机。井上监控主机运行顶板位移数据管理软件对收集到的顶板位移信息进行存储、查询、报警和打印。 论文使用CC2530+CC2591的组合设计ZigBee模块,将无线发射功率增大到22dbm,在巷道中也有100m(视距)以上的信号覆盖,设计了采集分站之间的通讯时序,软硬件结合对采集分站进行低功耗优化。通讯主站使用STM32F103VE作为数字处理核心,在μCOS嵌入式操作系统的基础上,设计完成了顶板离层数据的收集、存储、查询、转储、显示和上传等一系列功能。采集分站和通讯主站都为本质安全型产品,符合“GB3836爆炸性环境”的要求。 实际工作中,每台通讯主站最多可以连接64台采集分站,可以满足3000m长的巷道顶板监控需求。采集分站在经过软硬件协同的低功耗设计后,平均每天的耗电量仅为3.18mAh,配备一颗2.4Ah锂电池供电,使用时间超过1年。本课题设计的矿用顶板位移监测系统包括采集分站和通讯主站通过了重庆煤炭科学研究院的安标检测,取得了安标证与防爆证,目前已经在山西四候煤矿和王庄煤矿得到了应用。
【关键词】：ZigBee 接力传输 本质安全型 低功耗
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76;TN92
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题来源9-10
• 1.2 选题背景和意义10-11
• 1.3 论文主要工作11-13
• 第二章 ZigBee/RS485/uIP相关技术13-17
• 2.1 ZigBee通信技术13-14
• 2.2 RS485通信技术14-15
• 2.3 以太网uIP TCP/IP协议通信技术15-16
• 2.4 本章小结16-17
• 第三章 矿用顶板位移监测系统的组成与硬件设计17-39
• 3.1 矿用顶板位移监测系统的组成17-19
• 3.2 顶板位移采集分站的硬件设计19-26
• 3.2.1 采集分站的硬件设计目标和原则19
• 3.2.2 采集分站整体框架19-20
• 3.2.3 ZigBee模块20-21
• 3.2.4 主控和射频芯片CC253021-23
• 3.2.5 电源模块与低功耗设计23-24
• 3.2.6 显示模块与光控模块24-25
• 3.2.7 红外接收器与RS485接口25-26
• 3.3 KJ826-F通讯主站的硬件设计26-33
• 3.3.1 通讯主站的硬件设计目标和框架26-27
• 3.3.2 通讯主站的数字处理核心STM32F103VE27-28
• 3.3.3 通讯主站的ZigBee模块28
• 3.3.4 LCD显示模块与触摸屏28-29
• 3.3.5 FLASH存储模块与USB模块29-31
• 3.3.6 以太网与光电转换模块31-32
• 3.3.7 电源模块32-33
• 3.4 硬件设计的本安要求33-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第四章 系统的软件设计39-59
• 4.1 开发环境的搭建39-41
• 4.2 顶板位移采集分站的软件设计41-48
• 4.2.1 顶板位移采集分站的通信过程41-44
• 4.2.2 顶板位移采集分站软件的代码实现44-47
• 4.2.3 ZigBee的数据帧格式47-48
• 4.3 通讯主站的软件设计48-56
• 4.3.1 通讯主站ZiBee模块程序48-49
• 4.3.2 通讯主站ZigBee模块的代码实现49-52
• 4.3.3 通讯主站STM32程序设计与代码实现52-56
• 4.4 上位机顶板位移数据管理软件56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 工作总结59-60
• 5.2 后期展望60-61
• 参考文献61-65
• 附录 安全标志取证检验65-77
• 1 矿用产品安全标志申办流程65-66
• 2 矿用本安型设备66-74
• 2.1 本质安全检验67-71
• 2.2 仪表性能检验71-74
• 3 矿用顶板位移监测系统的检验74-77
• 致谢77-79
• 攻读学位期间发表的学术论文目录79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 郭相参;张爱英;李密;;顶板离层仪在煤矿巷道顶板稳定性监测中的应用[J];建井技术;2009年03期

2 陈永峰;;基于MSP430F169的煤矿用顶板位移传感器的设计[J];煤矿机电;2011年06期

3 葛晓宇;王庆辉;魏立峰;;ZigBee技术及其在矿山中的应用[J];微计算机信息;2007年14期

4 张永涛;黄丹丹;李欧;;uIP协议分析及其应用[J];信息工程大学学报;2006年02期

5 高琨琦;魏峰;李庆伟;;煤矿顶板位移测量装置的开发[J];中国仪器仪表;2007年03期

，

本文编号：789254