基于ZigBee的矿井安全监测系统设计

发布时间：2017-05-25 15:28

  本文关键词：基于ZigBee的矿井安全监测系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭是中国能源结构中的主体能源。但煤矿事故频繁发生，经济损失和人员伤亡惨重。这是由于我国煤炭行业安全体制不健全，监测技术和设备相对落后，使得重要信息不能快速地获得，，系统不能及时地发生警报和采取应对措施而造成的。目前，大多数矿井使用有线的安全监测系统，传输网络布线复杂，维护成本高，网络结构固定，满足不了井下工作面的动态变化要求，易出现监测盲区；而无线监测系统运用到实际中的不多。因此结合一种稳定可靠的无线传输方式，组建较完善的安全监测系统，实现井下环境的实时监测已经追在眉睫。 ZigBee技术是一种新兴的近距离、低速率、低成本、低功耗的无线通信技术，使用世界通用免申请的2.4GHz频段。它具有很强的自组织能力和很高的安全性，非常适用于无线传感器网络。本文提出基于ZigBee无线传感器网络的矿井安全监测系统的总体方案，该系统采用ZigBee技术建立无线传感器网络。在ZigBee协议基础上，首先进行网络节点软硬件的设计，然后下载相应的软件程序到各节点的主芯片CC2530中，完成网络组建。最后通过网络系统实现对井下温湿度、气体浓度等进行实时监测。还可对被测信息做上限值设置，如果传感器模块所测数据达到所设值，系统可以及时的发出警报。 本文最后在实验室搭建了一个由网络协调器、一个路由器和两个终端节点组成的树型网络简易实验平台。本实验通过网络终端采集室内温度和湿度，来对该监测系统方案做了简单的测试验证。实验结果表明此监测系统数据传输快速，稳定性好，且组网灵活，功耗低，具有较高实用价值。将系统方案进行适当地调整后，可应用于不同环境，实现对环境多种信息的实时监测。
【关键词】：监测系统 无线传感器网络 ZigBee技术 CC2530
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN929.5;TD76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外煤矿安全监测系统发展及研究现状10-13
• 1.3 无线传感器网络的发展研究与应用13-17
• 1.4 论文研究的主要内容及安排17-18
• 2 ZigBee 技术18-33
• 2.1 Zigbee 技术简述18-19
• 2.2 ZigBee 协议19-21
• 2.3 ZigBee 协议的网络层21-30
• 2.3.1 网络设备类型21-23
• 2.3.2 拓扑结构23-24
• 2.3.3 建立和维护网络24-28
• 2.3.4 编址28-29
• 2.3.5 网络层的数据通信29-30
• 2.4 ZigBee 协议的应用层30-33
• 2.4.1 设备和服务发现30-31
• 2.4.2 绑定管理31
• 2.4.3 网络管理31-32
• 2.4.4 OSAL 操作系统32-33
• 3 煤矿安全监测系统总体设计33-40
• 3.1 系统需求分析33-35
• 3.1.1 井下环境考察分析33-34
• 3.1.2 建立网络系统分析34-35
• 3.2 监测系统的总体设计方案35-37
• 3.3 简化的监测系统原理框图37-38
• 3.4 软硬件系统的设计要求38-40
• 4 监测系统硬件设计40-54
• 4.1 ZigBee 硬件平台40-45
• 4.2 传感器的选择及其电路设计45-50
• 4.2.1 温湿度传感器45-48
• 4.2.2 瓦斯传感器48-50
• 4.3 网络各节点硬件设计50-54
• 4.3.1 终端节点50-51
• 4.3.2 网络协调器和路由器节点51-54
• 5 监测系统软件设计54-64
• 5.1 ZigBee 软件开发平台简介54-57
• 5.1.1 IAR Embedded Workbench 开发环境54-55
• 5.1.2 ZigBee2007 协议栈55-57
• 5.1.3 TI Flash Programmer 烧写软件57
• 5.2 软件程序设计57-64
• 5.2.1 总体设计57-58
• 5.2.2 终端节点程序设计58-60
• 5.2.3 路由器节点程序设计60-62
• 5.2.4 网络协调器程序设计62-64
• 6 系统测试及结果分析64-68
• 6.1 系统测试64-66
• 6.2 监测数据及分析66-68
• 7 总结与展望68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果74-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：394200