基于Zigbee的声表面波煤矿瓦斯传感器无线通信系统的设计

发布时间：2017-06-08 07:10

  本文关键词：基于Zigbee的声表面波煤矿瓦斯传感器无线通信系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,国内对瓦斯监测的方法主要有使用便携式瓦斯检测仪人工巡检和使用有线瓦斯检测系统两种方式。人工巡检的方式不仅危险,而且效率低下,无法保证实时监测。使用有线瓦斯检测系统布线工作量大,设备维护成本高,而且系统可扩展性差,也不是井下瓦斯检测的理想方法。Zigbee无线通信技术具有低功耗、低成本、高安全性的特点,而声表面波气体传感器与其他气体传感器相比则具有灵敏度高、抗干扰性强、易于微型化和集成化的特点。本文旨在将这两种技术结合起来,应用到煤矿井下瓦斯监测中,有望明显促进煤矿瓦斯监测技术的发展。本文对Zigbee无线通信的工作过程做了详细地论述,并结合声表面波瓦斯传感器现有的特点,实现Zigbee各个节点的软硬件电路设计,并对节点建网和入网的工作过程做了深入研究。在硬件电路方面,使用Altium Designer完成原理图和PCB的开发。选取TI公司的CC2530作为整个系统的控制芯片,设计了系统的电源供电电路,USB转串口电路,声光报警电路和以CC2530为核心的射频电路等。在软件开发方面,利用IAR开发了基于Z-Stack协议栈的网络初始化程序、节点入网程序和串口驱动程序。在课题研究的过程中,应用Smart RF Packet Sniffer软件抓取数据包,并对数据进行解码分析。本文设计的网络通信节点,不仅可以与声表面波检测电路实现串口通信,还能在节点之间实现数据的无线传输,并做了串口通信测试和通信距离与节点障碍物关系的研究与应用分析。研究表明,Zigbee无线通信传输距离与效果受周边障碍物影响明显。本课题研究达到了预期研究目的,对Zigbee无线通信技术在声表面波煤矿瓦斯检测相关领域的应用具有重要价值,对煤矿瓦斯无线监测技术发展具有重要意义。
【关键词】：煤矿安全 瓦斯检测 无线传感器网络 网络协议 节点
【学位授予单位】：西京学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712;TP212
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景与意义12
• 1.2 国内外研究现状分析与方案论证12-17
• 1.2.1 煤矿井下检测技术的研究现状12-13
• 1.2.2 无线网络通信与Zigbee技术13-15
• 1.2.3 瓦斯浓度检测与声表面波瓦斯传感器15-17
• 1.3 本课题主要研究内容与结构安排17-18
• 第二章 Zigbee无线通信理论与技术概述18-22
• 2.1 Zigbee技术概述18
• 2.2 Zigbee通信频段和协议栈18-19
• 2.3 设备分类和拓扑网络19-20
• 2.4 Zigbee网络组建与入网20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 煤矿瓦斯检测系统的硬件电路设计22-29
• 3.1 系统总体方案设计22-23
• 3.2 Zigbee底板电路设计23-26
• 3.2.1 电源电路设计23
• 3.2.2 USB转串口电路设计23-24
• 3.2.3 LED指示灯电路设计24
• 3.2.4 OLED液晶显示接口电路设计24-25
• 3.2.5 声光报警电路设计25-26
• 3.2.6 系统调试接口电路设计26
• 3.3 Zigbee射频模块电路设计26-27
• 3.4 声表面波瓦斯检测电路设计27-28
• 3.5 硬件电路的抗干扰设计28
• 3.6 本章小结28-29
• 第四章 煤矿瓦斯检测系统的软件设计29-44
• 4.1 软件开发环境介绍29-31
• 4.1.1 IAR EW29-30
• 4.1.2 Smart RF04EB与Smart RF Packet Sniffer30-31
• 4.2 Z-Stack协议栈架构分析31-34
• 4.2.1 TI Z-Stack项目文件组织31-33
• 4.2.2 系统初始化33
• 4.2.3 操作系统任务管理33-34
• 4.3 无线网络程序设计34-38
• 4.3.1 网络初始化34-37
• 4.3.2 路由节点加入网络37-38
• 4.3.3 通过路由节点加入网络38
• 4.4 串口通信程序设计38-43
• 4.4.1 创建任务38-39
• 4.4.2 端口描述符39-40
• 4.4.3 串口应用描述40
• 4.4.4 初始化程序40-42
• 4.4.5 数据通信42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 系统测试与研究44-49
• 5.1 协议栈串口通信测试44
• 5.2 Packet Sniffer数据包分析44-46
• 5.3 无线网络通信距离和节点障碍物关系的研究与应用分析46-48
• 5.4 本章小结48-49
• 第六章 总结与展望49-51
• 6.1 总结49
• 6.2 展望49-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士期间的研究成果54-55
• 致谢55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 黎玉成;汪丽;李伟;;基于ZigBee技术温室大棚数据采集组网的应用[J];信息技术与信息化;2014年06期

2 李烨;方蓓;;无线传感器网络通信技术及应用前景分析[J];黑龙江科技信息;2013年19期

3 刘圣蓉;刘亚东;李章勇;;一种ZigBee的无线串口设计[J];数字通信;2012年03期

4 李磊;林土胜;吴振强;;基于Zigbee技术的实验室无线安全监控系统研发[J];实验技术与管理;2011年01期

  本文关键词：基于Zigbee的声表面波煤矿瓦斯传感器无线通信系统的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：431754