煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统研究

摘要

煤矿通风机是煤矿安全生产的关键设备，担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流、确保矿井安全生产的重任。为确保煤矿安全生产，必须对煤矿通风机运行状态进行实时监测。煤矿通风机安全监测系统存在监测参数多、监测数据量大、监测点距离远、工作环境恶劣、电磁干扰严重等特点，对安全监测数据传输提出了更高的要求。现有的数据传输方式在成本、抗干扰能力、传输距离、传码率等方面难以满足煤矿通风机安全监测系统的要求。针对煤矿通风机安全监测系统数据传输的实际要求，本文研究开发了煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统，主要研究内容包括：
　　煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统方案设计。论述了煤矿通风机的类型、构造和主要运行参数，设计了煤矿通风机安全监测系统的整体结构，阐述了煤矿通风机安全监测系统监测参数、监测位置、传感器选取和工作环境，提出了煤矿通风机安全监测系统对数据传输的具体要求，设计了煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统的方案。
　　煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统的设计与实现。根据煤矿通风机安全运行工况特点，分析并提出了煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统的性能指标，在此基础上，基于 SOPC(System On Programmable Chip)分别设计和实现了Nios处理器、发射机及其内部模块、接收机及其内部模块，并对各个模块做相应的仿真验证。
　　煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统抗干扰性能分析。建立了煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统仿真模型，根据煤矿通风机安全检测系统对数据无线传输的要求设定了仿真参数，对仿真结果进行了分析。建立了煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统抗正弦干扰、窄带干扰、多径干扰、其它扩频信号干扰仿真模型，根据煤矿通风机工作环境的特点设置了干扰模型参数，对仿真结果进行了分析，验证了煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统具有很强的抗干扰能力。
　　煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统集成与实验验证。搭建了煤矿通风机安全监测系统实验平台，将煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统集成到煤矿通风机安全监测系统。通过监测通风机风速，对煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统、短距离微功耗无线传输系统、有线传输系统的数据传输性能进行了对比实验与分析。

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第一章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题研究背景与意义

1.3国内外研究现状

1.4本论文的主要工作与内容

第二章 煤矿通风机安全监测数据扩频方案设计

2.1煤矿通风机概况

2.2煤矿通风机安全监测原理

2.3煤矿通风机安全监测数据传输要求

2.4煤矿通风机安全监测数据扩频传输方案

2.5本章小结

第三章 煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统的设计与实现

3.1无线扩频传输系统总体结构

3.1.2设备驱动程序

3.2发射机设计

3.3接收机设计

3.4 本章小结

第四章 煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统抗干扰性能分析

4.1煤矿通风机安全监测数据无线扩频传输系统建模与仿真

4.2 抗单频正弦干扰性能

4.3抗窄带干扰性能

4.4抗多径效应性能

4.5抗其它扩频信号干扰能力

4.6本章小结

第五章 系统集成与实验验证

5.1系统模型验证

5.2无线扩频传输系统实验验证

5.3系统集成与对比验证

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2今后工作展望

参考文献

致谢

附录A:攻读学位期间参研项目和发表论文目录

附录B：扩频码的捕获与跟踪部分程序