基于无线传感网络的矿井监测及救援系统的设计

发布时间：2017-09-30 21:35

  本文关键词：基于无线传感网络的矿井监测及救援系统的设计

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【摘要】：煤炭作为我国能源结构中的重要组成部分，煤矿产品的安全生产是煤炭产业中的重中之重。目前大多数矿井使用的定位系统精度低、稳定性低，基站体积大，易出现定位盲区；救援功能不完善，传统布线非常复杂，维护成本高，一旦发生矿井崩塌，造成了一点破坏，就会导致全网瘫痪的局面，对灾后救援起不到丝毫的作用。因此，使用一种稳定可靠的无线传输模式，组建完善的科学监测系统，实现突发事故时系统仍可以提供及时、重要的救援信息已经迫在眉睫。 本文根据矿井特殊的地理工作环境，以及矿工人员的体征信息的基础上，将ZigBee无线通信技术应用在矿井监测应用中，实现了对矿井的监测及灾后救援的设计。在正常情况下，系统对矿工的工作信息和工作环境进行实时监测；发生矿难时，采用AODV路由协议的自组网能够保证系统不受局部地区瘫痪的影响，提供及时的救援信息。 本文以ST公司的Stm32w108嵌入式处理器作为网络协调器及路由器，以TI公司的CC2530高性能芯片作为终端节点，组建鲁棒性很强的无线传感网络。最后搭建了一个由网络协调器，路由器及终端组成的救援网络平台。通过对终端信息采集，传感器信息采集，模拟了一个救援系统进行整体实验测试。实验表明，无线传感网比传统的有线设备稳定性高，鲁棒性强，功耗低，具有非常高的使用价值。将此系统进行适当修改，同样可用于其它领域，，如无线智能仓库管理，隧道无线监测系统，医院智能跟踪监测系统等。
【关键词】：矿井监测 救援系统 无线传感网络 AODV路由协议
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外发展现状11-12
• 1.3 主要研究内容12-14
• 第2章 无线传感网络14-20
• 2.1 几种无线通信的比较14-15
• 2.2 IEEE 802.15.4 标准15-16
• 2.3 ZigBee 技术16-17
• 2.4 其它相关技术17-19
• 2.4.1 网络拓扑结构17-18
• 2.4.2 路由协议18-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 系统总体设计20-34
• 3.1 系统的功能及体系结构20-23
• 3.1.1 系统遵循的原则20-21
• 3.1.2 系统的功能21
• 3.1.3 系统的体系结构21-23
• 3.2 网络系统的搭建23-24
• 3.3 矿工人员定位24-28
• 3.3.1 定位的原则和评价标准24-25
• 3.3.2 定位原理25-27
• 3.3.3 矿工定位的总体实现设计27
• 3.3.4 人员定位系统功能27-28
• 3.4 环境监测设计28-32
• 3.4.1 矿井监测系统28-29
• 3.4.2 环境监测传感器29-31
• 3.4.3 环境参数的采集设计31-32
• 3.5 救援系统设计32-33
• 3.5.1 救援系统的结构32
• 3.5.2 救援系统功能实现设计32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 系统硬件的设计34-43
• 4.1 终端节点硬件设计34-38
• 4.1.1 CC2530 芯片的主要性能34-36
• 4.1.2 电路设计36-38
• 4.2 路由器和协调器硬件设计38-42
• 4.2.1 Stm32w108 芯片的主要性能38-39
• 4.2.2 路由器的电路设计39-40
• 4.2.3 协调器的电路设计40-42
• 4.3 本章小结42-43
• 第5章 系统软件设计及系统测试43-56
• 5.1 软件开发平台简介43-45
• 5.1.1 嵌入式 IAR Embedded Workbench IDE43-44
• 5.1.2 Packet Sniffer44-45
• 5.2 通信数据结构45-47
• 5.3 程序设计47-51
• 5.3.1 终端节点的软件设计47-48
• 5.3.2 路由器的软件设计48-50
• 5.3.3 协调器的软件设计50-51
• 5.4 系统整体测试及分析51-55
• 5.4.1 上位机控制软件52-53
• 5.4.2 人员定位测试53-54
• 5.4.3 监测及救援测试54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61

【参考文献】

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本文编号：950556