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基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统的研究

作　者: 宋楠楠
导　师: 陈岩
学　校: 北京工商大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 无线传感器网络 ZigBee 数据采集 无线传输 安全监控
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 179次
引　用: 2次
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内容摘要


近年来煤矿事故的频繁发生给国家和人民的生命财产造成了巨大损失。为了满足经济发展的需求,在大力发展煤炭事业的同时,煤矿安全问题已成为重中之重。本课题以改变当前落后的煤矿安全生产监控技术现状,解决煤矿安全生产监控中遇到的问题为目标,利用无线传感器网络在煤矿安全生产监控中的优势,突破传统的监控技术路线,为煤矿安全生产监控提供科学可靠的监控数据。本文结合无线传感器网络的关键技术和现有煤矿安全监控系统存在的问题,提出一套基于无线传感器网络的煤矿安全监控系统的方案。系统不仅可以实时动态监测煤矿井下的温度、湿度和瓦斯气体浓度,而且可以实现对井下工作人员的考勤。整个系统由协调器、移动节点、固定节点和地面监控中心组成。协调器是系统网络中的主节点,它负责网络初始化和子节点的管理,并将收集到的来自其他节点的数据发送到地面控制中心。移动节点和固定节点是系统网络中的子节点,它们负责采集数据,并将采集到的数据通过无线网络最终发送到协调器节点。井下的每个工作人员佩戴一个移动节点,移动节点定期的发送地址标识,并记录发送时间,根据始末记录确定矿工的工作时间,实现对工作人员的考勤。地面控制中心主要负责监控整个系统的运行状态,根据井下传输的数据信息发出相关控制指令。文中介绍了系统的软硬件设计,硬件设计主要包括节点的无线通信模块电路、传感器应用电路、通信接口电路、电源和声光振动报警电路的设计。软件设计包括数据采集、节点间的通信、无线网络与地面监控中心的通信和地面监控中心的监控软件。本文实现了基于ZigBee标准的煤矿安全监控系统的设计,同时对系统进行了组网测试和网络数据传输测试,测试结果表明,本系统可以在煤矿井下进行长距离通信,并实现对煤矿井下环境参数的采集和传输,达到了煤矿安全生产监控的要求。本设计将无线传感器网络应用到煤矿安全监控系统中,实现了煤矿井下数据的无线传输,弥补了现有煤矿监控系统的不足,很具实用性和创新性,并且为无线传感器网络的应用开拓了新领域。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-12
  1.1 课题的研究背景  8
  1.2 国内外煤矿安全监控系统现状  8-10
  1.3 课题的研究意义  10
  1.4 本文的主要工作和组织结构  10-12
第2章 无线传感器网络  12-22
  2.1 无线传感器网络概述  12-15
    2.1.1 无线传感器网络研究现状  12-13
    2.1.2 无线传感器网络的特点  13
    2.1.3 无线传感器网络的发展  13-14
    2.1.4 无线传感器网络的应用领域  14-15
  2.2 无线传感器网络体系结构和通信协议  15-17
    2.2.1 无线传感器网络体系结构  15-16
    2.2.2 无线传感器网络通信协议  16-17
  2.3 无线传感器网络关键技术  17-22
    2.3.1 MAC 协议和路由协议  17-19
    2.3.2 能量管理机制和QoS 保证技术  19
    2.3.3 数据融合技术  19-20
    2.3.4 安全问题  20-22
第3章 煤矿安全监控系统  22-32
  3.1 煤矿安全监控系统的总体方案  22-23
  3.2 系统中无线网络的通信协议  23-29
    3.2.1 无线传感器网络常用的通信协议  23-24
    3.2.2 ZigBee 技术及其特点  24-26
    3.2.3 ZigBee 协议栈和支持的拓扑结构  26-29
  3.3 煤矿安全监控系统的架构  29-32
    3.3.1 系统的总体架构  29-30
    3.3.2 系统各组成部分的功能  30-31
    3.3.3 系统中无线网络和无线网络的连接  31-32
第4章 系统的设计与实现  32-53
  4.1 传感器节点的硬件设计  32-39
    4.1.1 无线通信模块  32-33
    4.1.2 传感器模块  33-34
    4.1.3 通信接口电路  34-35
    4.1.4 电源  35-36
    4.1.5 声、光、振动报警电路  36-37
    4.1.6 PCB 版图和节点实物图  37-39
  4.2 系统软件设计  39-48
    4.2.1 系统软件开发环境  39
    4.2.2 ZigBee 节点的软件流程  39-40
    4.2.3 数据采集的实现  40-41
    4.2.4 无线网络的建立和网络间的数据传输  41-46
    4.2.5 通信接口协议的构建  46-48
  4.3 灾害信息的特征分析  48-50
    4.3.1 时域特征分析  48-49
    4.3.2 频域特征分析  49-50
  4.4 监控界面的开发  50-53
第5章 系统性能测试  53-56
  5.1 系统调试  53
  5.2 ZIGBEE 组网测试  53-54
  5.3 网络数据传输测试  54-56
第6章 总结与展望  56-58
  6.1 总结  56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-60
在校期间发表的学术论文及研究成果  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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