基于Zigbee的煤矿瓦斯安全监测系统的研究

发布时间：2017-07-06 19:11

  本文关键词：基于Zigbee的煤矿瓦斯安全监测系统的研究

  更多相关文章： Zigbee无线监测 煤矿瓦斯 拓扑控制算法 CC2530

【摘要】：长期以来,煤矿井下瓦斯一直是制约煤矿安全生产的主要因素,瓦斯事故的频发,严重制约着矿井的安全生产,威胁着社会的公共财产和矿工的生命,现实中矿井安全生产形势依然严峻。传统的瓦斯监控系统采用有线监测的方式,受布线复杂、维护成本高等因素影响,不能满足实际安全生产的需要。因此生产过程中急需切合实际的井下瓦斯安全监测技术研究。本文利用Zigbee无线传感网络技术,研究适合井下大规模瓦斯监测的无线网络,构建了基于Zigbee的瓦斯监测系统;采用“节点分散监测,数据集中管理”的架构思想,对井下3种监测功能节点硬件和软件进行了设计,搭建了以CC2530为核心的节点硬件系统,编制了各节点的应用软件;然后采用EkoView建立瓦斯监测界面,建立了基于B/S网络架构的瓦斯数据采集和监测系统。针对井下无线网络节点能量受限问题,开发了一种ZJGAF拓扑节能算法,该拓扑算法以GAF算法为基础,在监测区域虚拟单元格的划分和簇头选举进行了改进,在实现网络连通的基础上,降低了节点能耗。利用Matlab进行仿真实验表明,与传统的GAF拓扑控制算法相比较,ZJGAF拓扑节能算法降低了网络整体能耗和延长了网络生存周期。基于Zigbee无线网络技术的煤矿瓦斯监测系统能够实时准确的监测井下瓦斯浓度,降低了监测节点的网络能耗,提高了煤矿瓦斯事故预防的有效性,具有较大的应用和推广价值。
【关键词】：Zigbee无线监测 煤矿瓦斯 拓扑控制算法 CC2530
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TP274;TD712.55
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景和意义9-12
• 1.1.1 矿井瓦斯的介绍9-10
• 1.1.2 煤矿瓦斯安全监测研究的背景10-12
• 1.1.3 煤矿瓦斯安全监测研究的意义12
• 1.2 煤矿瓦斯安全监测技术研究现状12-14
• 1.2.1 煤矿瓦斯安全监测技术国内外现状12-13
• 1.2.2 国内瓦斯监测系统存在的问题13-14
• 1.3 研究内容及章节安排14-17
• 2 煤矿瓦斯无线监测系统总体设计17-25
• 2.1 煤矿瓦斯无线监测方案设计17-19
• 2.2 煤矿瓦斯无线监测网络技术19-24
• 2.2.1 Zigbee无线技术及其特点19-21
• 2.2.2 Zigbee网络协议栈21-22
• 2.2.3 Zigbee网络拓扑结构22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 井下瓦斯监测Zigbee无线网络的拓扑控制研究25-37
• 3.1 Zigbee无线传感器网络拓扑控制概述25-27
• 3.2 无线传感网络拓扑控制算法分类和性能分析27-30
• 3.2.1 平面型拓扑算法28
• 3.2.2 层次型拓扑算法28-29
• 3.2.3 无线网络拓扑控制算法的性能比较29-30
• 3.3 GAF拓扑控制算法的研究分析30-35
• 3.3.1 GAF算法思想31
• 3.3.2 GAF算法过程描述31-33
• 3.3.3 GAF拓扑算法性能分析33-35
• 3.4 本章小结35-37
• 4 基于节点均匀度的ZJGAF拓扑改进算法研究37-49
• 4.1 煤矿井下监测网络对拓扑控制的要求37
• 4.2 改进的GAF拓扑控制算法37-44
• 4.2.1 监测区域节点质心计算38-39
• 4.2.2 建立监测区域节点均匀度分布评价模型39-40
• 4.2.3 基于节点分布均匀度模型的改进ZJGAF算法40-44
• 4.3 改进的GAF拓扑控制算法ZJGAF的仿真和分析44-47
• 4.3.1 搭建仿真环境45-46
• 4.3.2 全网总能耗的减少46
• 4.3.3 网络生存周期延长46-47
• 4.4 本章小结47-49
• 5 煤矿井下瓦斯安全监测网络节点研究49-65
• 5.1 煤矿井下瓦斯监测节点设计原则49-50
• 5.2 Zigbee瓦斯无线监测节点硬件设计50-54
• 5.2.1 监测节点处理器芯片模块50-52
• 5.2.2 电源能量供应模块52
• 5.2.3 瓦斯传感器模块52-53
• 5.2.4 CAN总线接口模块53-54
• 5.3 Zigbee瓦斯无线监测节点软件设计54-60
• 5.3.1 固定监测节点结构及软件运行流程设计54-56
• 5.3.2 移动监测节点结构及软件运行流程设计56-58
• 5.3.3 井下汇聚节点结构及软件运行流程设计58-60
• 5.4 煤矿瓦斯监测中心管理平台研究60-63
• 5.4.1 EkoView监控软件应用管理60-61
• 5.4.2 用户登录界面设计61-62
• 5.4.3 瓦斯监测管理界面设计62
• 5.4.4 监测节点报警管理62-63
• 5.5 本章小结63-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 论文的工作总结65
• 6.2 工作展望65-67
• 参考文献67-71
• 作者在硕士期间的发表论文71-73
• 致谢73

，

本文编号：527453