无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用

发布时间：2017-04-03 11:07

  本文关键词：无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 中国能源需求的67%来自煤炭,近年来煤矿开采造成的各种煤矿事故仍然高居不下,给国家和人民生命财产造成巨大损失。为了满足国民经济高速发展的需要,煤矿安全正成为全国工业安全生产工作的重中之重。目前传统的RFID技术有效作用距离很短,如何解决井下无线通信距离受限这一瓶颈问题,将井下的温度、湿度、瓦斯气体浓度及时有效地传输到地面的监测系统是现阶段煤矿安全监测面临的巨大挑战。努力发展无线传感器网络在煤矿开采行业中的应用,从而有效地检测潜在的危险以及在事故发生之后做好应急处理的工作将成为未来煤矿开采行业的整体布局重点。 本文从体系角度阐述了无线传感器网络的关键技术,重点介绍了一种针对煤矿井下温度、湿度和瓦斯气体浓度监测的全新的无线传感器网络的体系设计及节点的硬件和软件设计及实现。硬件设计主要包括便携式传感器节点设计和基站传感器节点设计:便携式传感器节点包括了瓦斯传感器应用电路设计,温湿度传感器应用电路设计,电池电源和电压检测电路设计,声光振动报警电路设计,LCD显示电路设计;基站传感器节点主要包括RS485工业总线电路设计以及外部传感器节点设计。软件设计包括温度、湿度和瓦斯气体浓度的采集,节点间的通信等。此外,本文实现了基于IEEE802.15.4/ZigBee标准的无线通信网络的设计,同时对所构成的无线传感器网络进行了实验及数据分析。 本设计作为中科院深圳先进技术研究院的立项项目,实现了煤矿井下温度、湿度和瓦斯气体浓度的采集和传输,完成了无线传感器网络在国民安全生产中的应用,达到了煤矿安全监测的目标,具有创新性和实用性,对无线传感器网络在国民生活中的进一步应用以及煤矿安全监测系统方案的设计具有重要现实意义。
【关键词】：无线传感器网络 无线传输 安全监测 数据采集 ZigBee
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 无线传感器网络发展概况及现状11-13
• 1.3 无线传感器网络带来的挑战和机遇13-14
• 1.4 课题研究背景、研究内容及创新点14-16
• 1.4.1 论文背景14-15
• 1.4.2 主要研究内容15-16
• 1.4.3 创新点16
• 1.5 本文的工作和组织结构16-18
• 第2章 无线传感器网络概述18-31
• 2.1 无线传感器网络的构成18
• 2.2 传感器节点的结构18-19
• 2.3 传感器网络体系结构19-21
• 2.4 传感器网络的特点21-22
• 2.5 传感器网络的支撑技术22-31
• 2.5.1 定位技术22-23
• 2.5.2 时间同步23-24
• 2.5.3 通信模式与协议24-25
• 2.5.4 组织结构25-26
• 2.5.5 数据管理技术26-27
• 2.5.6 资源管理与任务分配27-29
• 2.5.7 安全问题29-31
• 第3章 系统整体方案设计31-47
• 3.1 矿井安全监控系统的总体功能需求31-33
• 3.1.1 系统数据处理流程31-32
• 3.1.2 系统体系结构32
• 3.1.3 系统功能模块32-33
• 3.2 技术路线与分析33-36
• 3.2.1 目前主流的无线网络技术33-35
• 3.2.2 选择ZigBee的原因35-36
• 3.3 IEEE802.15.4/ZigBee标准36-43
• 3.3.1 概述36-37
• 3.3.2 IEEE802.15.4/ZigBee协议框架37-40
• 3.3 3 ZigBee技术参数40-43
• 3.3.4 IEEE802.15.4/Zigbee无线网络拓扑43
• 3.4 煤矿安全监测系统的拓扑结构43-44
• 3.5 无线传感器的定位44-47
• 3.5.1 基本概念描述44-45
• 3.5.2 节点间距离(或角度)的测量方法45
• 3.5.3 节点定位计算方法45-47
• 第4章 系统硬件设计47-72
• 4.1 设计输入概述47
• 4.2 射频芯片的选择47-49
• 4.2.1 JN5121概述48-49
• 4.2.2 JN5121主要特性49
• 4.3 主要传感器选型49-53
• 4.3.1 温湿度传感器49-52
• 4.3.2 瓦斯传感器52-53
• 4.4 硬件总体结构53-54
• 4.5 JN5121数据处理及无线收发模块54-55
• 4.6 便携式传感器节点硬件电路设计55-60
• 4.6.1 瓦斯传感器模块55-58
• 4.6.2 温湿度传感器(应用电路)58
• 4.6.3 电池电源和电压检测58-59
• 4.6.4 声光震动报警59-60
• 4.6.5 LCD显示电路60
• 4.7 基站传感器节点功能板60-66
• 4.7.1 电源61-63
• 4.7.2 RS485工业总线接口63-65
• 4.7.3 外部传感器扩展接口65-66
• 4.8 PCB设计66-71
• 4.8.1 印刷电路板具体设计步骤67-70
• 4.8.2 节点PCB图70-71
• 4.9 硬件实物图71-72
• 第5章 系统软件设计72-88
• 5.1 开发环境介绍72
• 5.2 设计要求分析72
• 5.3 数据通信件设计72-82
• 5.3.1 读取电池电压73-75
• 5.3.2 读取温湿度75-76
• 5.3.3 路由器将完整的信息传输到协调器76-80
• 5.3.4 协调器功能实现80-82
• 5.4 实验数据分析82-85
• 5.5 监测系统界面设计85-88
• 结论与展望88-90
• 1 全文结论88
• 2 研究展望88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-95
• 攻读硕士研究生期间发表的论文95

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 项亮亮;齐贵宝;李小龙;宋占伟;;基于Zigbee技术足球跑位监控系统[J];吉林大学学报(信息科学版);2013年05期

2 阮殿旭;张晓光;;基于LabVIEW无线传感器网络的煤矿井下监测系统研究[J];矿山机械;2010年22期

  本文关键词：无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：284205