矿用融合网关设计及关键技术研究
发布时间：2021-11-15 10:13
随着传感器技术、通信技术以及计算机技术的迅速发展,我国煤矿生产朝着信息化、自动化与智能化的方向迈进。为实现煤矿井下信息的实时共享和综合利用,煤矿安全监控系统也在不断的融合升级。针对井下设备接口协议多样、异构网络无法融合、数据传输可靠性差等问题,本文对多种矿用接入协议和工业以太网协议进行分析,研究协议转换原理,设计了一款矿用异构网络融合网关,同时基于该网关研究多任务调度机制和队列管理机制,以期提高信息传输的实时性和可靠性。本文的主要研究内容如下:（1）针对煤矿井下常用的RS485、CAN等总线接入协议和ZigBee、6LoWPAN、WiFi等无线接入协议,本文设计了一款矿用融合网关,接着分别从硬件电路与软件系统两方面设计了网关的主控模块和路由模块,从而屏蔽底层接入设备的异构性,实现多协议设备的透明接入及共网可靠传输。（2）基于主控模块uCOS-III实时操作系统研究网关的多任务调度机制,针对不同优先级任务设计了抢占式调度算法,针对相同优先级任务设计了改进的时间片轮转调度算法。实验表明,网关多任务调度机制的实现增强了网关处信息的实时交互能力,提高了系统响应性能。（3）基于网关路由模块研究主...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感知矿山物联网应用模型
图 1-2 新型煤矿安全监控系统模型Figure 1-2 New model of coal mine safety monitoring system新型的煤矿安全监控系统模型实现了多个子系统信息的融合传输，有线接入系统中存在 RS485、CAN 等工业现场总线网络，无线接入系统中存在 ZigBee、6LoWPAN、WiF 等传感网络。RS485 总线网络常用于综采面输送设备监控系统以及环境监测子系统；CAN 总线网络常用于井下多种设备控制系统以及环境监测系统；ZigBee 网络常用于煤矿井下语音、定位以及移动式传感器等信息传输系统；6LoWPAN 广泛的应用于井下的即时通讯系统；WiFi 网络则广泛的应用于语音、视频、移动终端等信号传输系统，随着传感器技术的发展，将会有更多的终端设备采用这些近程的接入协议传输方式。在井下骨干传输网络中，现已采用稳定可靠的工业以太网传输方式，为地面监控中心和远程服务器提供实时快速的信息传输。从异构协议接入到工业以太网的融合传输则需要一种协议转换装置进行信号的转变，而这就是网关。网关在安全监控系统中起到了承上启下的作用，是实现多协议、多网络、多系统融合的重要保证。通过对网关硬件电路的设计可以增
图 2-1 RS485 通讯网络示意图Figure 2-1 Communication network schematic diagram of RS48532 和 RS485 都是串口通信的物理层改良协议，它们的协议层信的方式[27]。串口通信的数据包通常是由发送设备的 TXD 引的 RXD 引脚，而后进入处理器。在串口通信协议中，数据包由、校验位和停止位组成，只有通信双方的数据包格式一致才能发通信。图 2-2 串口数据包基本组成Figure 2-2 Basic components of a serial data packet通信的数据包基本组成如图 2-2 所示，信号从起始位开始，到
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿安全监控系统抗干扰措施研究[J]. 孙传鹏. 机械工程与自动化. 2019(01)
[2]基于CAN总线的矿井供电保护系统设计[J]. 梁楠. 煤矿现代化. 2019(02)
[3]浅谈信息化煤矿安全监控系统的构建[J]. 米鹏. 煤矿现代化. 2019(02)
[4]物联网网关技术发展现状探析[J]. 王诗莹,滕海坤,李伦彬. 科技与创新. 2018(22)
[5]煤矿安全监控系统升级改造问题分析及对策建议[J]. 姬生利,晁文鹏. 山东煤炭科技. 2018(11)
[6]适配多终端的物联网网关设计与实现[J]. 方锐,李旭东,贡亮,黄亦翔,李彦明,刘成良,郭商羿. 实验室研究与探索. 2018(11)
[7]一种物联网网关架构及设备接入实现研究[J]. 陈文艺,田创. 信息技术. 2018(10)
[8]基于GNSS的自主巡航四足机器人及远程监测系统设计[J]. 吴子岳,宋彦良,吴志峰,刘善民. 全球定位系统. 2018(05)
[9]基于STM32和uCOS-Ⅲ的智能家居控制系统设计[J]. 何世添,谢海昌. 轻工科技. 2018(08)
[10]WiFi通讯技术在煤矿井下的应用[J]. 程瑞鹏. 煤. 2018(06)
博士论文
[1]基于路由器的主动队列管理算法研究[D]. 苑旭东.东北大学 2016
硕士论文
[1]基于OpenWrt的智能路由器系统的设计与实现[D]. 李玄得.北京邮电大学 2016
[2]煤矿井下无线异构网络融合研究及网关设计[D]. 石玲玲.安徽理工大学 2015
[3]基于主动队列管理的网络拥塞控制算法研究[D]. 张萌.南京邮电大学 2015
[4]基于MT7620A平台无线网关的设计与应用[D]. 陈玮思.华南理工大学 2014
[5]基于ARM的多协议矿用网关设计与实现[D]. 耿进飞.中国矿业大学 2014
[6]源于μC/OS-Ⅱ的实时调度算法研究[D]. 刘弢.湖南师范大学 2014
[7]基于μC/OS-Ⅱ的煤矿风机在线监测系统网关的设计与实现[D]. 郝兰兰.上海交通大学 2014
[8]嵌入式WSN数据采集融合网关的设计与实现[D]. 杜强.西安电子科技大学 2013
[9]矿用网关设计及系统实时性研究[D]. 赵御宇.重庆大学 2012
[10]基于AQM的可信网络拥塞控制研究[D]. 丛林尤.南京邮电大学 2012
本文编号：3496577
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感知矿山物联网应用模型
图 1-2 新型煤矿安全监控系统模型Figure 1-2 New model of coal mine safety monitoring system新型的煤矿安全监控系统模型实现了多个子系统信息的融合传输，有线接入系统中存在 RS485、CAN 等工业现场总线网络，无线接入系统中存在 ZigBee、6LoWPAN、WiF 等传感网络。RS485 总线网络常用于综采面输送设备监控系统以及环境监测子系统；CAN 总线网络常用于井下多种设备控制系统以及环境监测系统；ZigBee 网络常用于煤矿井下语音、定位以及移动式传感器等信息传输系统；6LoWPAN 广泛的应用于井下的即时通讯系统；WiFi 网络则广泛的应用于语音、视频、移动终端等信号传输系统，随着传感器技术的发展，将会有更多的终端设备采用这些近程的接入协议传输方式。在井下骨干传输网络中，现已采用稳定可靠的工业以太网传输方式，为地面监控中心和远程服务器提供实时快速的信息传输。从异构协议接入到工业以太网的融合传输则需要一种协议转换装置进行信号的转变，而这就是网关。网关在安全监控系统中起到了承上启下的作用，是实现多协议、多网络、多系统融合的重要保证。通过对网关硬件电路的设计可以增
图 2-1 RS485 通讯网络示意图Figure 2-1 Communication network schematic diagram of RS48532 和 RS485 都是串口通信的物理层改良协议，它们的协议层信的方式[27]。串口通信的数据包通常是由发送设备的 TXD 引的 RXD 引脚，而后进入处理器。在串口通信协议中，数据包由、校验位和停止位组成，只有通信双方的数据包格式一致才能发通信。图 2-2 串口数据包基本组成Figure 2-2 Basic components of a serial data packet通信的数据包基本组成如图 2-2 所示，信号从起始位开始，到
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿安全监控系统抗干扰措施研究[J]. 孙传鹏. 机械工程与自动化. 2019(01)
[2]基于CAN总线的矿井供电保护系统设计[J]. 梁楠. 煤矿现代化. 2019(02)
[3]浅谈信息化煤矿安全监控系统的构建[J]. 米鹏. 煤矿现代化. 2019(02)
[4]物联网网关技术发展现状探析[J]. 王诗莹,滕海坤,李伦彬. 科技与创新. 2018(22)
[5]煤矿安全监控系统升级改造问题分析及对策建议[J]. 姬生利,晁文鹏. 山东煤炭科技. 2018(11)
[6]适配多终端的物联网网关设计与实现[J]. 方锐,李旭东,贡亮,黄亦翔,李彦明,刘成良,郭商羿. 实验室研究与探索. 2018(11)
[7]一种物联网网关架构及设备接入实现研究[J]. 陈文艺,田创. 信息技术. 2018(10)
[8]基于GNSS的自主巡航四足机器人及远程监测系统设计[J]. 吴子岳,宋彦良,吴志峰,刘善民. 全球定位系统. 2018(05)
[9]基于STM32和uCOS-Ⅲ的智能家居控制系统设计[J]. 何世添,谢海昌. 轻工科技. 2018(08)
[10]WiFi通讯技术在煤矿井下的应用[J]. 程瑞鹏. 煤. 2018(06)
博士论文
[1]基于路由器的主动队列管理算法研究[D]. 苑旭东.东北大学 2016
硕士论文
[1]基于OpenWrt的智能路由器系统的设计与实现[D]. 李玄得.北京邮电大学 2016
[2]煤矿井下无线异构网络融合研究及网关设计[D]. 石玲玲.安徽理工大学 2015
[3]基于主动队列管理的网络拥塞控制算法研究[D]. 张萌.南京邮电大学 2015
[4]基于MT7620A平台无线网关的设计与应用[D]. 陈玮思.华南理工大学 2014
[5]基于ARM的多协议矿用网关设计与实现[D]. 耿进飞.中国矿业大学 2014
[6]源于μC/OS-Ⅱ的实时调度算法研究[D]. 刘弢.湖南师范大学 2014
[7]基于μC/OS-Ⅱ的煤矿风机在线监测系统网关的设计与实现[D]. 郝兰兰.上海交通大学 2014
[8]嵌入式WSN数据采集融合网关的设计与实现[D]. 杜强.西安电子科技大学 2013
[9]矿用网关设计及系统实时性研究[D]. 赵御宇.重庆大学 2012
[10]基于AQM的可信网络拥塞控制研究[D]. 丛林尤.南京邮电大学 2012
本文编号：3496577
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