基于LoRa技术的煤矿顶板监测系统的研究与设计
发布时间：2022-01-26 01:47
煤炭作为我国的主要能源之一,支撑着我国工业的发展,但是在煤炭开采过程中经常发生事故。在煤矿生产事故中,瓦斯爆炸、渗水冒顶和巷道垮塌为三大主要事故,煤矿巷道塌方对矿井安全生产有很大的危害。之前,我国大多数煤矿采用机械和液压观测仪器进行井下顶板压力监测,精度低,工作效率低。随着传感器和通信网络的发展,煤矿顶板监测采用有线通信模式进行数据传输,有线监测系统通过通讯电缆连接各个监测设备,这样的连接方式不仅布线困难、操作复杂,并且在开采过程中电缆线容易被扯断,局部线路的故障可能会使整个监测系统瘫痪,从而导致无法监测数据并进行实时传输。现有的无线顶板监测系统大部分是基于ZigBee无线通信技术,ZigBee技术与蓝牙相类似,是一种短距离、低功耗的无线通信技术,主要用于距离短、功耗低的各种电子设备之间进行数据传输。但是,ZigBee协议占带宽的开销量对信道带宽要求较高,这样反过来会影响通讯距离和环境适应性,在实际应用中通过提高发射功率来增加其通讯距离和增强穿透性,然而这样的做法会增加其在实际运用中的功耗,所以导致要经常更换电池。针对以上情况,提出了基于LoRa技术的低功耗传输信息的设计方案,LoRa...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器网络体系结构
图 2.2 传感器与网关关系图2.3 LoRa 技术及理论目前物联网的无线通信技术主要分为两类：一类是短距离通信技术，如蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、Z-wave 等；另一类是 LPWAN（Low Power WideArea Network，低功耗广域网）技术，相对于短距离通信技术，LPWAN 具有低成本、低功耗、远距离、节点多等优势。低功耗广域网是一种低功耗并且可以远距离通信的通信技术，实现了长距离通信，最大限度地降低了功耗，同时节省了额外的中继器成本，可以满足长距离、广覆盖终端设备连接的应用场景需求[15]。目前低功耗广域通信技术主要包括两类。一类是LoRa（Long Range，远距离传输技术）、SigFox 等工作在 ISM 频谱（Industrial ScientificMedical Band）的技术，另一类是 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网技术）、EC-GSM 等工作在授权频谱下的 3GPP 支持的 2G/3G/4G 蜂窝通信
中北大学学位论文技术。这些技术有其自身的优势，但一直难以解决远距离通信和低功耗之间的矛盾。LPWAN 技术出现后，在一定程度上解决了这个问题，最大限度地实现了远距离通信和低功耗。同时，可以节省额外的中继器成本。LoRa 的整个网络架构主要由四部分构成，分别是终端节点、网关节点（基站）、网络服务器和应用服务器，如图 2.4 所示[20]。终端节点通过网关节点与网络服务器连接网络服务器通过标准 TCP/IP 协议将数据传输给应用服务器。LoRa 网络架构是典型的星型拓扑。星型拓扑中的每个节点都以点对点的方式连接到中心节点，信息从中心节点传输到目的节点。它的网络结构相对简单，节点之间不会因为接收和转发无关信息而增加网络容量和缩短电池寿命。因此，星型拓扑结构更适合低功耗、长距离的无线网络传输[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Semtech的LoRa技术实现智能化工业应用管理[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(02)
[2]NB-IoT技术与智能停车管理应用[J]. 卢国太,罗腾飞. 上海信息化. 2018(11)
[3]LoRa通信技术在井下数据采集系统中的应用[J]. 魏灵恩. 通信电源技术. 2018(09)
[4]电力通信网络故障问题分析及对策[J]. 陈大斌. 中国新通信. 2018(18)
[5]浅谈面向物联网的无线传感器网络[J]. 吕文博. 科技传播. 2018(14)
[6]基于LoRa通信的矿用无线信号转换器[J]. 李继云. 煤矿现代化. 2018(04)
[7]LoRa在物联网中应用浅析[J]. 陈卓逸. 山东工业技术. 2018(03)
[8]基于LoRa技术的井下数据采集系统[J]. 张湧涛,潘俊钢. 工业控制计算机. 2017(11)
[9]LoRa技术在矿井无线通信中的应用分析[J]. 霍振龙. 工矿自动化. 2017(10)
[10]基于LoRa技术的低功耗无线锚杆应力传感器设计[J]. 黄增波,叶锦娇,赵华玮. 煤矿现代化. 2017(01)
博士论文
[1]顶板动态监测集成技术研究[D]. 张勇.山东科技大学 2009
硕士论文
[1]可充电传感网中基于效用的数据收集算法研究[D]. 金怀民.南京邮电大学 2018
[2]基于LoRaWan的广域物联网技术研究及实现[D]. 唐山.电子科技大学 2018
[3]基于LoRa技术的农业环境监测平台的设计与实现[D]. 李潇杨.河北科技大学 2018
[4]基于LoRa的智能监测系统的研究与实现[D]. 冒志益.南京理工大学 2018
[5]基于异构无线网络的隧道监测系统设计[D]. 朱雨.燕山大学 2017
[6]基于LoRa的远距离无线通信系统的设计与实现[D]. 袁超.华中科技大学 2017
[7]无线传感器网络技术及应用的研究[D]. 穆特扎.北京工业大学 2015
[8]无线矿井顶板压力传感器网络研究与实现[D]. 李建婷.西安科技大学 2011
[9]基于Ansys的容积式压力传感器的设计与研究[D]. 齐爽.山东科技大学 2011
[10]矿压监测系统中无线传感技术的研究[D]. 宋志忍.辽宁工程技术大学 2011
本文编号：3609568
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器网络体系结构
图 2.2 传感器与网关关系图2.3 LoRa 技术及理论目前物联网的无线通信技术主要分为两类：一类是短距离通信技术，如蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、Z-wave 等；另一类是 LPWAN（Low Power WideArea Network，低功耗广域网）技术，相对于短距离通信技术，LPWAN 具有低成本、低功耗、远距离、节点多等优势。低功耗广域网是一种低功耗并且可以远距离通信的通信技术，实现了长距离通信，最大限度地降低了功耗，同时节省了额外的中继器成本，可以满足长距离、广覆盖终端设备连接的应用场景需求[15]。目前低功耗广域通信技术主要包括两类。一类是LoRa（Long Range，远距离传输技术）、SigFox 等工作在 ISM 频谱（Industrial ScientificMedical Band）的技术，另一类是 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网技术）、EC-GSM 等工作在授权频谱下的 3GPP 支持的 2G/3G/4G 蜂窝通信
中北大学学位论文技术。这些技术有其自身的优势，但一直难以解决远距离通信和低功耗之间的矛盾。LPWAN 技术出现后，在一定程度上解决了这个问题，最大限度地实现了远距离通信和低功耗。同时，可以节省额外的中继器成本。LoRa 的整个网络架构主要由四部分构成，分别是终端节点、网关节点（基站）、网络服务器和应用服务器，如图 2.4 所示[20]。终端节点通过网关节点与网络服务器连接网络服务器通过标准 TCP/IP 协议将数据传输给应用服务器。LoRa 网络架构是典型的星型拓扑。星型拓扑中的每个节点都以点对点的方式连接到中心节点，信息从中心节点传输到目的节点。它的网络结构相对简单，节点之间不会因为接收和转发无关信息而增加网络容量和缩短电池寿命。因此，星型拓扑结构更适合低功耗、长距离的无线网络传输[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Semtech的LoRa技术实现智能化工业应用管理[J]. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(02)
[2]NB-IoT技术与智能停车管理应用[J]. 卢国太,罗腾飞. 上海信息化. 2018(11)
[3]LoRa通信技术在井下数据采集系统中的应用[J]. 魏灵恩. 通信电源技术. 2018(09)
[4]电力通信网络故障问题分析及对策[J]. 陈大斌. 中国新通信. 2018(18)
[5]浅谈面向物联网的无线传感器网络[J]. 吕文博. 科技传播. 2018(14)
[6]基于LoRa通信的矿用无线信号转换器[J]. 李继云. 煤矿现代化. 2018(04)
[7]LoRa在物联网中应用浅析[J]. 陈卓逸. 山东工业技术. 2018(03)
[8]基于LoRa技术的井下数据采集系统[J]. 张湧涛,潘俊钢. 工业控制计算机. 2017(11)
[9]LoRa技术在矿井无线通信中的应用分析[J]. 霍振龙. 工矿自动化. 2017(10)
[10]基于LoRa技术的低功耗无线锚杆应力传感器设计[J]. 黄增波,叶锦娇,赵华玮. 煤矿现代化. 2017(01)
博士论文
[1]顶板动态监测集成技术研究[D]. 张勇.山东科技大学 2009
硕士论文
[1]可充电传感网中基于效用的数据收集算法研究[D]. 金怀民.南京邮电大学 2018
[2]基于LoRaWan的广域物联网技术研究及实现[D]. 唐山.电子科技大学 2018
[3]基于LoRa技术的农业环境监测平台的设计与实现[D]. 李潇杨.河北科技大学 2018
[4]基于LoRa的智能监测系统的研究与实现[D]. 冒志益.南京理工大学 2018
[5]基于异构无线网络的隧道监测系统设计[D]. 朱雨.燕山大学 2017
[6]基于LoRa的远距离无线通信系统的设计与实现[D]. 袁超.华中科技大学 2017
[7]无线传感器网络技术及应用的研究[D]. 穆特扎.北京工业大学 2015
[8]无线矿井顶板压力传感器网络研究与实现[D]. 李建婷.西安科技大学 2011
[9]基于Ansys的容积式压力传感器的设计与研究[D]. 齐爽.山东科技大学 2011
[10]矿压监测系统中无线传感技术的研究[D]. 宋志忍.辽宁工程技术大学 2011
本文编号：3609568
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