基于WSN的煤矿安全监控系统研究与开发

发布时间：2017-09-18 07:20

  本文关键词：基于WSN的煤矿安全监控系统研究与开发

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【摘要】：煤炭是中国能源结构中的主体能源。煤炭开采过程中,采掘工作面温度、湿度和瓦斯浓度等环境信息的实时监控是影响煤矿生产安全的重要因素。本文依托“开滦(集团)有限责任公司煤矿安全生产重大技术升级攻关项目”,开发出基于无线传感器网络(WSN)的煤矿安全监控系统。有效解决因采用有线方式传输所带来的布线复杂、维护成本高、监测盲区等问题,实现煤矿井下温湿度和瓦斯浓度的无线监控要求,降低了煤炭开采过程中事故发生概率,提高了煤矿生产安全性。根据项目要求和煤矿安全监控相关资料,本文首先设计出基于WSN技术的监控系统整体框架结构;其次分析研究了ZigBee无线通讯协议及无线传输芯片CC2530的功能和特点,并对所需传感器和相关元件选型;进一步完成监控系统中网络协调器节点、路由器节点、终端节点三部分硬件电路搭建和软件程序设计,构建出完整的无线监控系统模型。为确保本次开发的监控系统模型能真正应用到煤矿实际生产中,将此系统模型放在煤矿实际环境中测试:首先利用串口调试软件和Z-Sensor Monitor网络监控软件,对系统网络组建和各节点间无线通信等基本功能测试,并将监控过程动态显示;其次通过具体性能测试,评估和分析出本系统最大可靠传输距离。通过实地测试及性能分析结果,表明本系统能够实现煤矿井下温、湿度和瓦斯浓度的无线监控要求,该系统的开发为煤矿井下布局完整的无线监控网络奠定了基础,提高了煤矿生产安全性。
【关键词】：煤矿安全 监控系统 CC2530 无线传感器网络 ZigBee
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题研究的意义8
• 1.2 国内外煤矿安全监控研究现状及发展趋势8-9
• 1.3 WSN技术在煤矿监控系统中的研究9-10
• 1.4 论文研究的主要内容10-12
• 第二章 无线传感器网络技术12-20
• 2.1 WSN技术概述12-13
• 2.2 WSN技术发展及国内外研究现状13-14
• 2.3 无线传感器的应用14
• 2.4 ZIGBEE简述14-15
• 2.4.1 IEEE 802.15.4 协议14-15
• 2.4.2 ZIGBEE技术概念及其特点15
• 2.4.3 ZIGBEE技术与其它无线通讯技术的比较15
• 2.5 ZIGBEE协议规范15-17
• 2.6 ZIGBEE网络特性17-18
• 2.6.1 ZIGBEE网络设备17
• 2.6.2 ZIGBEE网络拓扑17-18
• 2.7 本章小结18-20
• 第三章 监控系统总体设计方案和元器件选型20-28
• 3.1 监控系统总体方案20-21
• 3.2 元器件选型及介绍21-26
• 3.2.1 主芯片CC253021-23
• 3.2.2 射频前端芯片CC259123
• 3.2.3 温湿度传感器DHT1123-25
• 3.2.4 瓦斯传感器MJC4/3.0L25-26
• 3.3 本章小结26-28
• 第四章 监控系统各节点硬件电路设计28-40
• 4.1 终端节点硬件电路设计28-35
• 4.1.1 射频差分信号线电路设计28-30
• 4.1.2 CC2591与外接天线的连接电路设计30-31
• 4.1.3 晶振电路设计31-33
• 4.1.4 电源电路设计33
• 4.1.5 JTAG接.电路和复位电路设计33-34
• 4.1.6 LED电路设计34-35
• 4.2 网络协调器节点硬件电路设计35-37
• 4.3 路由器节点硬件电路设计37-38
• 4.4 本章小结38-40
• 第五章 监控系统软件设计40-50
• 5.1 监控系统软件总体方案设计40-41
• 5.1.1 煤矿井下安全监控功能需求分析40
• 5.1.2 无线监控软件系统组成40-41
• 5.2 监控系统软件开发平台介绍41-44
• 5.2.1 IAR EMBEDDED WORKBENCH软件开发环境41-42
• 5.2.2 Z-STACK协议栈42-43
• 5.2.3 TI FLASH PROGRAMMER烧写软件43-44
• 5.2.4 Z-SENSOR MONITOR监控软件44
• 5.3 节点软件程序设计44-49
• 5.3.1 网络协调器软件程序设计44-45
• 5.3.2 路由器节点软件程序设计45-46
• 5.3.3 终端节点软件程序设计46-49
• 5.4 本章小结49-50
• 第六章 现场测试及性能分析50-56
• 6.1 系统性能分析50-53
• 6.2 最大可靠传输距离测试53-54
• 6.2.1 障碍传输性能测试53-54
• 6.2.2 通讯距离与丢包率性能测试54
• 6.3 本章小结54-56
• 第七章 总结与展望56-58
• 参考文献58-60
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果60-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 兰西柱;李海鹏;颜文婧;;基于ZigBee的高压开关柜无线测温系统的设计[J];安徽理工大学学报(自然科学版);2011年01期

2 莫夫;;无线传感器网络的煤矿安全监控系统开发与设计[J];煤炭技术;2013年10期

3 孔祥涛;林明星;周生良;杨文豪;;基于ZigBee无线传感网络的扭矩监测系统的设计[J];机床与液压;2014年11期

4 岳瑶;张瑜;;基于ZigBee技术和DS18B20的无线温度采集系统设计[J];伺服控制;2013年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 徐竟天;基于ARM9嵌入式和工业以太网的矿井瓦斯监控系统研究[D];西安科技大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 覃鲜艳;基于DS18B20的无线测温系统的研究与设计[D];武汉理工大学;2012年

2 李小博;基于ZigBee网络的智能变电站测温系统[D];西安工程大学;2012年

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本文编号：874155