基于ZigBee无线传感网的起重机安全监控系统设计

发布时间：2017-04-12 02:09

  本文关键词：基于ZigBee无线传感网的起重机安全监控系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，起重机在码头、港口以及船舶等生产制造装备过程中使用越来越频繁，然而其运行状态中往往蕴藏着较高的各种风险因素，且安全事故偶有发生，随之造成的人员伤亡与经济损失也越来越大，因此起重设备的运行状况是管理者时刻关心的大事。那么如何降低事故的发生几率？从技术层面上来看，可以从起重机的安全智能监控方面着手，了解起重机的工作运行状况，实施对起重机工作状态实时监测，及时对起重机故障报警信息予以诊断，所以对起重机安全监控系统的研究具有非常深远的现实意义。 本文在分析当前起重机监控系统发展历程、现状和市场前景的基础上，结合传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术，并根据GB/T28264-2012对大型起重机械安全监控管理系统的要求，利用ZigBee技术协议组建无线传感器网络，构建了上层为计算机（监控单元），中间层为协调器节点（无线通信单元），底层为各类传感器节点（数据采集单元）的多层网络结构的起重机安全监控系统。 论文首先描述了系统设计的总体架构，其次再从系统硬件到软件的设计过程进行了详细阐述；系统采用以STC12C5A60S2微控制器和CC2530芯片为核心搭建了网络的硬件平台，，实现了系统对起重机工作状态时起重量、高度、风速、行程限位等传感器信号数据的实时采集、处理、存储以及可靠地传输，同时采用视频采集卡实现视频的监控功能；系统的软件部分介绍了基于Z-Stack协议栈开发的无线传感器网络应用程序和基于组态软件平台开发的上位机测控软件，实现了对起重机运行状态参数的实时监测显示。其中，传感器节点和协调器节点之间通过ZigBee无线传感器网络进行通讯，协调控制模块通过串口方式与上位机监控软件进行通信。最后，在此基础上进行了系统功能调试验证，试验结果表明，该系统具有多节点、多参数的信号采集，数据处理准确，监控软件界面友好等特点，各项性能运行稳定且可靠，达到了预期的目标，有效地提高了起重机作业的安全系数。
【关键词】：起重机 安全监控 ZigBee CC2530
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH21;TP277
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 前言8
• 1.2 无线传感网的概述8-13
• 1.2.1 无线传感网的特点及体系结构8-11
• 1.2.2 无线传感网的发展现状及意义11-13
• 1.3 本文主要工作13-17
• 1.3.1 课题的研究背景及意义13-14
• 1.3.2 课题的国内外研究现状14-16
• 1.3.3 论文的研究内容及结构16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 第二章 门式起重机安全监控系统的总体框架设计18-25
• 2.1 门式起重机的基本结构和操作模式概况18-19
• 2.2 系统的简述19-20
• 2.3 系统设计的标准要求20-22
• 2.4 系统的总体架构22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 门式起重机安全监控系统的硬件设计25-41
• 3.1 信号采集解决方案25-26
• 3.2 ZigBee 通信模块26-29
• 3.2.1 CC2530 简介26-28
• 3.2.2 CC2530 外围电路28
• 3.2.3 ZigBee 模块 LED 电路28-29
• 3.2.4 ZigBee 模块复位电路29
• 3.3 传感器节点29-31
• 3.4 协调控制节点31-37
• 3.4.1 MCU 选型32-34
• 3.4.2 串口 RS232 电路34
• 3.4.3 拨码开关电路34-35
• 3.4.4 控制与报警电路35-37
• 3.5 电源管理模块37-38
• 3.6 视频监控模块38-40
• 3.6.1 摄像头39
• 3.6.2 视频监控采集卡39-40
• 3.7 本章小结40-41
• 第四章 门式起重机安全监控系统的软件设计41-59
• 4.1 ZigBee 软件开发平台41-42
• 4.2 无线传感网协议42-46
• 4.2.1 ZigBee 协议的体系结构42-43
• 4.2.2 Z-Stack 协议栈的软件架构43-46
• 4.3 基于 Z-Stack 的无线传感网设计46-56
• 4.3.1 协调控制节点程序设计47-49
• 4.3.2 传感器节点程序设计49-51
• 4.3.3 数据的发送与接受51-56
• 4.4 监控系统上位机软件开发56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 系统的调试59-65
• 5.1 功能模块调试59-60
• 5.1.1 信号采集单元调试59
• 5.1.2 协调控制模块调试59
• 5.1.3 上位机软件调试59-60
• 5.1.4 视频调试60
• 5.2 组网测试60-63
• 5.3 系统联合调试63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 总结65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-69
• 个人简历 在读期间发表的学术论文69-70
• 致谢70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 宋晶;沈兴全;赵润鹏;;基于组态王的PC机与单片机串口通信技术研究[J];化工自动化及仪表;2011年05期

2 秦相林;张海兵;张盈盈;;基于STC12C5A60S2的无线温度采集系统设计[J];哈尔滨商业大学学报(自然科学版);2011年06期

3 司海飞;杨忠;王s

本文编号：300467