CAN总线结合ZigBee的空气钻井燃爆模拟监测系统的设计与实现

发布时间：2021-11-27 07:49

　　随着物联网、感知技术的飞速发展,无线传感网的应用领域越来越广泛,其中基于ZigBee技术的传感网日渐成为研究热点。CAN总线安全、可靠、高速等优点是目前应用广泛的现场总线之一。论文将CAN总线有线网络与ZigBee无线网络相结合,模拟验证了结合网络在空气钻井中通信的可行性。论文设计了 CAN总线结合ZigBee的两种数据通信方式,分析了两种通信方式的优缺点。论文设计了随钻传感器节点、CAN/ZigBee节点、协调器节点。随钻传感器节点采集数据,并通过CAN总线网络与CAN/ZigBee节点通信;CAN/ZigBee节点负责CAN总线数据与ZigBee无线数据之间协议转换,并通过CAN总线与随钻传感器节点通信,通过ZigBee无线网络与ZigBee网络中的协调器通信;协调器负责ZigBee无线网络的组建,并通过串口与监测中心上位机通信,同时,协调器以广播的方式向CAN/ZigBee节点发送指令。论文描述了随钻传感器节点、CAN/ZigBee节点、协调器节点硬件系统框架及各节点具备的功能。设计了各节点硬件电路及各节点应用程序。随钻传感器节点、CAN/ZigBee节点的CAN总线控制器采用M... 

【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 空气钻井燃爆监测背景及意义
    1.2 空气钻井燃爆监测研究现状
    1.3 论文组织结构
第2章 CAN总线结合ZigBee的数据通信网
    2.1 CAN总线技术
    2.2 ZigBee网络技术
    2.3 CAN总线结合ZigBee的通信方式
        2.3.1 CAN总线结合ZigBee通信方式一
        2.3.2 CAN总线结合ZigBee通信方式二
第3章 模拟燃爆监测系统工作原理
    3.1 井下出水监测原理
    3.2 危险气体燃爆监测原理
    3.3 温度对相对湿度的影响
    3.4 甲烷爆炸极限受温度及压力的影响
    3.5 本章小结
第4章 系统传感器及模拟环境搭建方案
    4.1 温湿度传感器
    4.2 氧气传感器
    4.3 甲烷传感器
    4.4 空气钻井燃爆监测模拟环境搭建总体方案
    4.5 本章小结
第5章 空气钻井井下燃爆监测系统设计
    5.1 系统总体结构设计
        5.1.1 系统通信网络需求分析
        5.1.2 CAN总线拓扑结构
        5.1.3 ZigBee网络结构
        5.1.4 系统总体架构
    5.2 系统硬件设计
        5.2.1 随钻传感器节点
        5.2.2 CAN/ZigBee节点
        5.2.3 协调器节点
    5.3 监测系统节点程序设计
        5.3.1 随钻传感器节点程序设计
        5.3.2 CAN/ZigBee节点程序设计
        5.3.3 协调器控制程序设计
        5.3.4 数据帧格式
    5.4 本章小结
第6章 监测中心上位机设计
    6.1 上位机需求分析
    6.2 开发平台环境
        6.2.1 MyEclipse 8.6特点
        6.2.2 Java语言的特点
        6.2.3 数据存储管理
    6.3 监测中心上位机程序功能设计
    6.4 灰色GM(1,1)预测模型
        6.4.1 灰色GM(1,1)预测模型理论
        6.4.2 灰色GM(1,1)预测模型改进
        6.4.3 燃爆监测系统预测算法
        6.4.4 MATLAB与Java混合编程
    6.5 本章小结
第7章 系统测试
    7.1 井下出水预警测试
        7.1.1 本系统井下出水等级划分
        7.1.2 井下出水预警模拟测试
    7.2 甲烷浓度监测测试
    7.3 氧气浓度监测测试
    7.4 甲烷燃爆预警测试
        7.4.1 本系统甲烷燃爆等级划分
        7.4.2 甲烷燃爆预警模拟测试
    7.5 本章小结
结论
    工作总结
    研究展望
致谢
参考文献
附录1 随钻传感器节点原理图
附录2 CAN/ZigBee节点原理图
附录3 协调器节点原理图
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果



本文编号：3521849