煤矿安全预警系统中汇聚节点的研究与设计

发布时间：2017-10-04 19:09

  本文关键词：煤矿安全预警系统中汇聚节点的研究与设计

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【摘要】：无线传感器网络作为新一代的传感网络，具有非常广泛的应用前景。近年来，我国煤矿安全生产工作取得了很大的成就，但是与发达的国家相比，仍存在较大差距。矿山的自然条件非常复杂，开采条件极端多变，可能存在着各种灾害，容易引发重大事故，给安全生产工作带来极大的困难，而且矿山监测区域存在监测点多，监测时间长，监测情况复杂等特点。因此采用先进的通信、监测、信息处理、计算机等技术构建基于无线传感器网络的监测监控系统势在必行。 通过无线传感网络传感器节点采集煤矿井下的温度、湿度、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氧气、振动等大量参数，并将采集的各种信息传至汇聚节点，汇聚节点对其进行预处理然后将数据传输至中央控制计算机，，由计算机对数据进行分析比较，然后下达相应的控制命令，对矿山的安全状况做出评估，从而有效预防灾害事故的发生。无线传感器网络作为当今煤矿安全生产的核心部分，ZigBee技术的诸多优点确保了无线传感器网络在煤矿井下应用的可行性。在无线传感器网络应用特点的基础上，分析汇聚节点的功能需求和设计性能指标评估，对汇聚节点的整体方案进行设计。对汇聚节点的各个硬件作出相应的选型，确定各硬件的模块原理和具体的功能实现方法。系统的软件采用嵌入式Linux系统作为节点的操作系统、ZigBee协议栈作为节点的组网协议，搭建嵌入式Linux系统的交叉编译环境、启动加载程序、内核移植及文件系统移植等，完成汇聚节点的软件配置和移植。通过汇聚节点和传感器节点组建网络，通过测试，结果表明汇聚节点具备预定的各项功能。
【关键词】：无线传感器网络 汇聚节点 煤矿 ZigBee
【学位授予单位】：河北联合大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.2 煤矿安全预警系统的国内外概况及存在问题11-15
• 1.2.1 国外煤矿监测监控技术的发展11-13
• 1.2.2 我国煤矿监测监控技术的发展13-14
• 1.2.3 煤矿安全预警系统的发展趋势14-15
• 1.3 无线传感器网络的网络结构15-16
• 1.4 ZigBee 无线通信技术16-20
• 1.4.1 ZigBee 协议框架16-18
• 1.4.2 矿井采用 ZigBee 技术的可行性18-20
• 1.5 本课题研究内容和组织结构20-22
• 1.5.1 论文主要研究内容20
• 1.5.2 论文的组织结构20-22
• 第2章 汇聚节点方案设计22-29
• 2.1 汇聚节点功能的需求分析22
• 2.2 汇聚节点设计性能指标评估22-23
• 2.3 汇聚节点的硬件方案23-26
• 2.3.1 处理器的选型23-25
• 2.3.2 汇聚节点的硬件设计方案25-26
• 2.4 汇聚节点的软件方案26-28
• 2.5 小结28-29
• 第3章 无线传感器网络汇聚节点的硬件设计29-42
• 3.1 微处理器模块29-31
• 3.1.1 微处理器选型原则29-30
• 3.1.2 S3C6410 处理器性能简介30-31
• 3.2 系统基本外围扩展31-36
• 3.2.1 电源管理电路31-34
• 3.2.2 复位电路34-35
• 3.2.3 JTAG 接口电路35-36
• 3.3 通信接口36-39
• 3.3.1 串行接口电路36-37
• 3.3.2 串行以太网接口电路37-39
• 3.4 无线传输模块39-41
• 3.4.1 射频收发器选型39-40
• 3.4.2 STM32W108 与 S3C6410 的通信40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 无线传感器网络汇聚节点的软件设计42-57
• 4.1 嵌入式 Linux 软件开发环境42-44
• 4.1.1 嵌入式开发环境的搭建42-43
• 4.1.2 交叉编译环境的搭建43-44
• 4.2 bootloader 的分析和移植44-47
• 4.2.1 bootloader 的两个阶段45
• 4.2.2 uboot 的移植45-47
• 4.3 嵌入式 Linux 内核的移植47-50
• 4.4 根文件系统的建立50-51
• 4.5 设备驱动程序51-53
• 4.5.1 汇聚节点 DM9000AE 网络驱动实现51-53
• 4.6 汇聚节点的应用程序设计53-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 组网与测试57-64
• 5.1 网络节点组建网络57-60
• 5.1.1 ZigBee 网络初始化57-58
• 5.1.2 节点加入网络58-60
• 5.2 测试60-63
• 5.2.1 实验原理60-61
• 5.2.2 实验步骤61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-68
• 附录 A 汇聚节点的主函数代码68-75
• 致谢75-76
• 导师简介76-77
• 作者简介77-78
• 学位论文数据集78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王廷;焦斌亮;纪丽猛;;基于STM32W108的油田无线传感网络设计[J];计算机安全;2011年05期

2 刘滨涛;金煜;殷小祥;韩学军;;温度监测系统中无线通讯部分的设计与实现[J];高压电器;2006年05期

3 房好帅;李楠;王慧娟;;基于ARM与ZigBee的嵌入式无线传感器网络网关的设计[J];北华航天工业学院学报;2010年03期

4 凌志浩;周怡

本文编号：972335