煤矿救灾机器人监测系统设计及无线信道特性分析
本文关键词：煤矿救灾机器人监测系统设计及无线信道特性分析，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：煤矿事故的频繁发生使得煤矿的安全生产受到极大关注。灾难发生后,如何及时、准确地获取灾害现场各类信息,以便进行紧急救援、减少人员伤亡和财产损失是各国灾后救援面临的重大难题。伴随着科学技术水平的提高,人们已经研制出了可以在第一时间进入井下事故现场进行探测并传回现场情况信息的救灾机器人。本论文基于对井下受限空间中无线信道特性及数据传输的研究,以煤矿救灾机器人和无线WIFI技术为主体,设计了一种煤矿救援机器人监测系统。主要研究内容如下:首先,本文阐述了煤矿救援机器人和无线通信技术在矿井下应用的国内外现状,提出了课题的来源及研究意义。通过对主流短距离无线通信技术性能的比较,得出了WIFI技术被应用于矿井的优越性;并从电磁波的传播原理和矿井内无线信道传播特性分析进一步表明了WIFI技术在井下应用的可行性与可靠性。其次,运用最小二乘法对基于RSSI的路径损耗模型进行改进。通过在该模型中X椉右桓霰硎径嗑缎вΦ男拚蜃觮,并进行实际测量和数据的仿真对比分析,结果表明改进后的模型更加接近无线信号在矿井受限空间内传播的实际情况。第三,设计了基于WIFI的煤矿救援机器人无线监测系统。硬件上,主要由矿井顶板轨道、救援机器人、个人PC机、无线AP和各类探测终端设备节点组成;软件上,利用常见的C/S(客户端/服务器)模式进行实时通信,实现了监测数据的传输、转发与存储。最后,利用VS2010编写生成综合监测界面,运行结果表明,监控主机能将井下环境信息清晰、明确的显示出来,系统达到了预期设计的目的,具有很好的应用前景和推广价值。
【关键词】：煤矿救灾机器人 WIFI技术 无线信道 最小二乘法 MATLAB 数据传输
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76;TP242
【目录】：
- 致谢4-5
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 1 引言10-18
- 1.1 课题研究背景及意义10-11
- 1.2 国内外研究现状11-13
- 1.2.1 煤矿救援机器人国内外研究现状11-12
- 1.2.2 煤矿井下无线通信技术的国内外研究应用现状12-13
- 1.3 802.11协议族/ WIFI技术标准13-15
- 1.4 论文结构安排15-18
- 2 系统无线通信技术和理论研究18-28
- 2.1 主流短距离无线通信技术18-21
- 2.1.1 ZigBee18
- 2.1.2 蓝牙18-19
- 2.1.3 射频识别（RFID）19
- 2.1.4 超宽带（UWB）19-20
- 2.1.5 IrDA技术20-21
- 2.2 电磁波在矿井受限空间内的传播特性21-25
- 2.2.1 麦克斯韦方程组和边界条件21-23
- 2.2.2 拱形巷道中电磁波的传输特性23-25
- 2.3 本章小结25-28
- 3 矿井移动通信的无线信道特性研究28-40
- 3.1 矿井移动通信无线信道特性28-31
- 3.1.1 无线信道的基本概念28
- 3.1.2 电磁波在无线信道中的传播28-31
- 3.1.3 无线信道的传播模型31
- 3.2 基于RSSI的基本路径损耗模型及其改进31-37
- 3.2.1 无线电波的传输空间31-32
- 3.2.2 基于RSSI的基本路径损耗模型32-35
- 3.2.3 改进的基于RSSI的路径损耗模型35-37
- 3.3 模型仿真对比分析37-38
- 3.4 本章小结38-40
- 4 基于WIFI的煤矿救援机器人无线监测系统设计40-64
- 4.1 系统整体方案设计40-44
- 4.1.1 系统总体架构40-43
- 4.1.2 巷道结构设计43-44
- 4.2 井下无线网络通信系统44-47
- 4.2.1 网络通信模型44-45
- 4.2.2 系统组网方式45-46
- 4.2.3 井下无线AP接入点及节点部署原则46-47
- 4.3 系统硬件组成47-54
- 4.3.1 无线局域网的实现47-48
- 4.3.2 信息感知系统设计48-53
- 4.3.3 系统硬件部署53
- 4.3.4 系统网络连接测试53-54
- 4.4 系统通信协议及数据传输54-56
- 4.4.1 TCP首部54-55
- 4.4.2 TCP协议的特点55-56
- 4.5 Windows Socket编程技术56-58
- 4.5.1 Windows Socket版本56
- 4.5.2 套接字56
- 4.5.3 基于TCP Socket的数据采集与传输56-57
- 4.5.4 系统软件实现57-58
- 4.6 系统运行结果58-62
- 4.7 本章小结62-64
- 5 总结与展望64-66
- 5.1 总结64
- 5.2 展望64-66
- 参考文献66-70
- 作者简历70-71
- 学位论文数据集71
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