基于ARM与ZigBee的矿井安全监测系统研究与设计

发布时间：2017-05-03 01:08

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

【摘要】：近几十年我国的经济飞速发展,对能源的需求也日益增多,而对于我国富煤、少油、缺气的能源现状,煤炭对我国经济社会的发展起到至关重要的作用。近年来随着煤炭开采规模的不断扩大,开采能力不断提升,工作强度加大,使得矿难事故频发,不仅影响我国经济发展,同时也给人们的生命财产带来一定的损失。所以,研究开发出用于井下环境监测的系统,来实时监测井下环境参数,对于预防矿难事故,减少事故发生概率是十分必要的。本设计采用无线技术建立井下通信网络来完善井下监测系统。将ARM技术与ZigBee无线组网技术相结合,采用不同的控制方式,并在吸收融合现在煤矿监控系统中先进技术的基础上,设计了ARM处理器和ZigBee无线组网技术相结合的应用方案。并且融合了TCP/IP和CGI技术,实现了对井下环境进行远程实时的监测和管理,有效提高了井下作业的安全性。本设计中安全监测系统主要由网关(主控制器ARM9)、终端设备、矿井无线数据采集网络、外部通讯网络四部分组成,其中无线数据采集网络包括协调器、路由器和终端节点,终端设备主要负责采集矿井可燃气体浓度、温度以及湿度等环境参数。网关部分的硬件平台采用外设资源丰富的TQ2440开发模块,以三星公司的S3C2440A作为主控芯片,并在上面移植了U-Boot、Linux内核、yaffs2文件系统以及Boa与CGI构成的Web服务器等。无线通信部分使用功耗低、性能优越的CC2530芯片作为ZigBee无线组网的主控芯片,网络中有三种设备节点:协调器用于网络的建立和管理、并接收网络中各路由节点的信息;路由器允许其它节点加入网络,并作为协调器和终端节点通讯桥梁;终端设备主要用于目标区域的数据采集等应用。本设计中终端节点通过DHT11温湿度传感器和MQ-2气体传感器分别采集井下温湿度及可燃气体浓度等环境信息。在系统软硬件设计完成的基础上,经过系统整体功能测试,系统运行稳定,数据传输正常,实现了对井下环境信息的实时监测,达到了设计要求。
【关键词】：ARM Zig Bee Linux操作系统 Web
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76;TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 研究的背景与意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 矿井安全监测系统研究现状10-11
• 1.2.2 无线传感网络研究现状11-13
• 1.3 论文组织结构13-14
• 2 系统总体设计14-25
• 2.1 矿井安全监测系统设计需要考虑的因素14
• 2.2 系统总体结构设计14-15
• 2.3 数据处理模块硬件平台15-21
• 2.3.1 嵌入式处理器15-16
• 2.3.2 S3C2440A处理器16-17
• 2.3.3 TQ2440开发板接口和资源17-18
• 2.3.4 电源电路18-19
• 2.3.5 JTAG电路19-20
• 2.3.6 USB接口电路20
• 2.3.7 以太网电路20-21
• 2.4 无线通信系统硬件平台21-24
• 2.4.1 CC2530概述21-22
• 2.4.2 ZigBee硬件开发平台22-23
• 2.4.3 电源电路23
• 2.4.4 串口电路23-24
• 2.4.5 调试接口电路24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 嵌入式网关软件设计25-34
• 3.1 嵌入式开发平台建立25-26
• 3.2 Bootloader移植26-27
• 3.2.1 Bootloader概述26-27
• 3.2.2 U-Boot移植27
• 3.3 Linux内核的移植27-31
• 3.4 根文件系统的制作与移植31-32
• 3.5 嵌入式Web服务器Boa的移植32-33
• 3.5.1 WebServer概述32
• 3.5.2 Boa服务器的移植32-33
• 3.5.3 CGI脚本33
• 3.6 本章小结33-34
• 4 无线通信网络设计34-54
• 4.1 ZigBee概述34-35
• 4.2 ZigBee数据类型和拓扑结构35-36
• 4.2.1 ZigBee设备类型35
• 4.2.2 ZigBee拓扑结构35-36
• 4.3 ZigBee协议框架36-40
• 4.3.1 物理层规范36-37
• 4.3.2 MAC层规范37-38
• 4.3.3 网络层规范38-39
• 4.3.4 应用层规范39-40
• 4.4 TI-Zstack软件架构40-43
• 4.4.1 系统初始化40-41
• 4.4.2 执行操作系统41-43
• 4.4.3 Z-Stack文件组织43
• 4.5 ZigBee节点软件结构43-49
• 4.5.1 任务添加与事件处理44-45
• 4.5.2 ZigBee组网45-47
• 4.5.3 数据发送及接收47-49
• 4.6 传感器程序设计49-53
• 4.6.1 DHT11温湿度传感器程序设计49-52
• 4.6.2 MQ-2 气体传感器模块程序设计52-53
• 4.7 本章小结53-54
• 5 系统功能测试54-57
• 5.1 无线节点功能测试54
• 5.2 系统总体测试54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 结论57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-61
• 攻读学位期间的研究成果61

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本文编号：342034