基于ZigBee和DSP的矿井液压支架压力监测系统的研究

摘要

综采工作面是矿井生产的核心场所，液压支架对综采工作面起重要支护作用，防止顶板上面的岩石掉落危及人身设备安全，从而为井下采煤工作提供安全的工作空间。为了科学管理矿井煤矿安全生产、减少顶板事故，采煤现场急需对综采工作面液压支架的支护状况进行监测。
　　传统的压力监测系统存在测量精度低、工作效率不高等缺点，而较为先进的液压支架监测系统采用的有线传输机制又有布线复杂等问题，因此本文结合综采工作面的实际环境，将现有发展比较完善的无线传感器网络技术应用于井下液压支架压力监测系统中，以期改善现阶段井下监测系统有线传输存在的问题。
　　首先分析了几种无线通讯技术，结合综采工作面的特殊环境，选择了适用于液压支架压力监测的 ZigBee技术。然后根据井下无线传输的特点，确定了基于无线传感器网络的矿压监测系统网络拓扑结构，并对系统进行了整体设计。
　　本文所研究的监测系统以液压支架压力作为监测对象，由终端采集节点、路由节点和中心分站（Sink节点）三部分组成。以降低开采面事故为出发点，并在设计上实现优化降低监测系统功耗，本文在硬件上进行了优化设计，在软件上实行了降低功耗的策略。终端采集节点安装在每个液压支架上，用来监测支架压力，路由节点负责将收到的数据通过多跳的方式传给 Sink节点，Sink节点将收到的压力数据在液晶屏上进行显示，同时通过RS485传给上位机。
　　对节点间的通信及终端节点的监测可靠性和功耗进行了测试，试验表明本系统具有运行稳定、体积小、低成本、测量精度高等特点。监测可靠性降低了开采面事故发生，提高了人身设备安全；降低功耗提高了系统运行的稳定性和使用寿命。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及其意义

1.2 国内外研究现状及其发展方向

1.3 论文主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 液压支架监测系统模型的建立

2.1 矿井压力特性

2.2 ZigBee技术与无线通讯技术

2.3 液压支架监测系统组网模型

2.4 本章小结

第三章 液压支架压力监测系统的硬件设计

3.1 整体结构设计

3.2 终端采集节点的硬件实现

3.3 路由节点的硬件实现

3.4 Sink节点的硬件实现

3.5 本章小结

第四章 液压支架监测系统的软件设计

4.1 节点功耗控制策略

4.2 开发环境

4.3 终端采集节点软件设计

4.4 路由节点软件设计

4.5 Sink节点软件设计

4.6 本章小结

第五章 实验与测试

5.1 组网通讯测试

5.2 功耗测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢