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基于ZigBee的煤矿采空区无线自组网温度监测系统研究

作　者: 刘强
导　师: 张辛亥
学　校: 西安科技大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 采空区煤自燃无线自组网 ZigBe
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

煤自燃是煤矿重大灾害，每年不但造成严重经济损失而且可能引起人员伤亡。采空区是易发生煤自燃的重点区域，因此，该区域煤自燃的早期监测十分重要。测温法是直接的自燃监测技术。采空区温度监测中采用无线通信技术，有效解决了有线测温布线困难的问题。但是，无线测温的稳定性和监测范围都存在不足。本文根据采空区温度监测的需求，设计了集ZigBee技术、CAN总线传输技术、嵌入式计算机控制技术、温度传感器技术、数据库技术等于一体的采空区温度监测系统。系统中各测温终端节点通过温度传感器采集温度信息，并将各温度信息通过无线通信方式汇集至网关，经井下信号转换器转换成CAN信号后，通过总线实现远距离传输至地面监控中心，并且依靠上位机软件将所测实时温度信息反映出来。文章设计了系统的整体组成框架，对系统的功能和性能需求、工作原理以及工作方式进行了分析；设计了无线测温终端节点、网关和上位机监测软件。通过多种试验测试了测温终端节点的无线通信性能。现场工业试验结果表明，该系统在采空区较大范围内能够较长时间、准确完成温度自动监测任务，为采空区煤自燃预测提供依据。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
1 绪论  6-17
  1.1 研究的背景及意义  6-8
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  8-14
    1.2.1 无线传感器网络在国内外研究现状及发展趋势  8-9
    1.2.2 ZigBee技术国内外研究现状及发展趋势  9-10
    1.2.3 CAN总线技术国内外研究现状及发展趋势  10-12
    1.2.4 采空区温度监测技术在国内外研究现状及发展趋势  12-14
  1.3 本文的主要研究内容和目标  14
  1.4 本文的主要研究方案和技术路线  14-15
    1.4.1 主要研究方案  14-15
    1.4.2 技术路线  15
  1.5 本课题的主要创新点  15-17
2 系统涉及的理论基础及方案设计  17-25
  2.1 ZigBee技术  17-20
    2.1.1 ZigBee主要特点及应用  17-18
    2.1.2 ZigBee标准构架及网络拓扑结构  18-19
    2.1.3 ZigBee与其它几种近距无线通信技术对比  19-20
    2.1.4 ZigBee技术在煤矿的应用  20
  2.2 CAN总线技术  20-23
    2.2.1 常见现场总线及其应用  20-21
    2.2.2 几种主要现场总线的分析比较  21-22
    2.2.3 CAN协议的物理层和数据链路层  22-23
  2.3 设计需求及方案  23-24
    2.3.1 设计需求  23-24
    2.3.2 设计方案  24
  2.4 本章小结  24-25
3 系统结构及软硬件设计  25-42
  3.1 系统结构及工作流程  25-26
  3.2 测温终端设计  26-32
    3.2.1 测温终端尺寸及原理  27-28
    3.2.2 测温终端实物  28-29
    3.2.3 无线通信模块  29-30
    3.2.4 射频芯片  30-31
    3.2.5 温度传感器  31-32
    3.2.6 微控制器  32
  3.3 网关设计  32-34
  3.4 硬件抗干扰设计  34
  3.5 硬件防爆设计  34-35
  3.6 软件设计  35-41
    3.6.1 测温终端软件设计  35-36
    3.6.2 网关软件设计  36-37
    3.6.3 上位机软件设计  37
    3.6.4 上位机软件功能的实现  37-41
  3.7 本章小结  41-42
4 系统试验及现场应用  42-47
  4.1 系统应用环境  42
  4.2 系统试验  42-44
    4.2.1 露天空旷试验  42-43
    4.2.2 模拟巷道测试  43
    4.2.3 煤层掩埋试验  43-44
  4.3 现场工业试验  44-45
  4.4 现场应用结果分析  45-46
  4.5 本章小结  46-47
5 结论  47-49
  5.1 结论  47
  5.2 展望  47-49
致谢  49-50
参考文献  50-53
附录  53

基于ZigBee的煤矿采空区无线自组网温度监测系统研究

内容摘要

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