基于STM32和ZigBee技术的竖井监测系统的设计

摘要

我国各种矿产资源丰富，但地质结构复杂，开发难度较大，井下透水及瓦斯爆炸等安全事故频发。而且随着现代化设备的不断装备，深井开采趋势的不断加深，矿井生产又面临许多新的技术安全问题，使矿井生产中的安全问题复杂化。利用传感器技术及无线通讯技术可实现各种环境数据的有效监测，从而实时监测到灾害的发生并有效降低带来的损失。井下监测系统无疑对井下高效、安全生产具有重大意义。发展井下安全监测已经成为实现井下安全生产的必要途径。
　　论文以竖井为设计环境，结合监测目标设计了以井下实时测距为核心的集井下温湿度、可燃气体浓度、气压数据无线传输于一体的监测系统。满足了井下各项数据的监测和特殊状况下的报警要求，为煤炭、石油等矿井的安全生产提供了有力的保障。本设计的主要工作有：
　　（1）设计了竖井监测系统。根据竖井监测系统的需求做了系统的总体设计，设计过程中考虑了设计的合理性、实用性、经济性、适应性等多方面的因素，对各个设计方案做了分析和说明。具体完成了无线传感网络节点的硬件设计，以及传感器的采集数据、ZigBee组网、上位机显示等软件设计。
　　（2）搭建了模拟竖井监测系统。在实验室搭建了一个测量温湿度、可燃气体浓度、气压和下井平台测距的系统装置，对实验室环境下的温度、湿度、可燃气体浓度、气压及模拟下井平台测距这五个参数进行了测量。当监测数据超过设定的最大或最小范围时，设计系统实现报警功能。通过无线传输网络对采集的数据进行实时的、准确的传输并送到上位机显示。
　　（3）进行了竖井监测系统的功能测试。分块测试收集和分析了各项数据，验证了各项功能的可行性，并做了测距关键部分的误差分析，整体测试结果表明设计系统满足应用要求。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2研究背景及意义

1.3井下监测系统国内外发展现状

1.4无线传感网络的研究和发展

1.5论文的主要研究内容

第2章 ZigBee技术

2.1 Zigbee技术简述

2.2 ZigBee和其它通信技术比较

2.3 ZigBee协议标准

2.4 ZigBee网络的拓扑结构

2.5 Z-Stack协议栈及其工作流程

2.6本章小结

第3章 总体设计

3.1系统的需求分析

3.2系统的技术分析

3.3监测系统的总体设计方案

3.4井下测量系统设计

3.5上位机监控系统设计分析

3.6系统拟达到的主要技术指标

3.7本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1处理器模块设计

4.2无线收发模块设计

4.3传感器模块的设计

4.4液晶显示模块

4.5声光报警模块

4.6电源管理模块设计

4.7本章小结

第5章 系统软件设计

5.1下位系统软件开发环境介绍

5.2下位机主程序设计

5.3串行口软件设计

5.4液晶屏显示软件设计

5.5传感器采集软件设计

5.6下井平台测距数字滤波算法

5.7 ZigBee组网软件设计

5.8上位系统软件开发环境及流程介绍

5.9上位机软件界面展示

5.10本章小结

第6章 实验结果展示

6.1测试条件与环境

6.2传感器模块测试

6.3无线通信测试

6.4报警模块测试

6.5整体调试结果

6.6本章小结

第7章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢