基于多通信方式融合的煤矿设备监控系统研究与应用

摘要

煤矿开采作为国家能源的主要来源之一是国家经济的重要支柱，煤矿井下设备的工作状态直接影响着煤矿的顺利生产，因此需要对设备进行实时监控。在综合已有的方案基础之上，本文提出了一种系统方案可以比较全面地远程实时监控煤矿井下设备。结合有线与无线的通信方式与物联网等技术的应用模式，将理论与实践相结合，本文设计了一套基于多通信方式融合的煤矿井下设备监控系统。
　　首先根据场景需求设计总体系统构成方案，采用层次化与模块化的方法将系统分为应用软件层、数据传输层以及数据采集层。有线通信方式中，应用软件层的上位机软件通过以太网与数据传输层的集中器进行通信，集中器通过RS485方式与下层电动执行机构进行通信，从而实现了上位机远程实时监测系统状态与控制系统运行。无线通信方式以无线传感网为核心，通过Zigbee技术组建的无线网将设备的参数信息发送至数据汇集点并存储在数据中心，应用软件层的多平台软件可以通过向数据服务器发送请求获得数据库中的设备信息并显示。
　　其次，本文详细介绍了有线方式与无线方式的软硬件的设计与实现。有线通信方式中采用ARM Cortex M4+M0的LPC4357作为系统控制核心，通过自行制定的通信协议实现有线方式的设备监测与控制。无线方式传感器节点以NUC100为微控制器芯片，MC13224作为Zigbee芯片，通过改进的分簇与路由算法实现数据的汇集与向上发送至数据汇集中心，由数据库对数据进行存储。上位机应用软件与移动端应用软件通过对数据服务器发送请求，可以获取在数据库中的设备参数信息。
　　最后，通过有线与无线方式功能验证和应用软件测试，验证系统满足应用场景需求，功能性强，并具有良好的应用价值。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 本文的主要研究工作与内容安排

1.3 本章小结

第二章 系统总体结构及硬件设计

2.1 系统功能分析及结构设计

2.1 集中器硬件设计

2.3 无线自组网硬件设计

2.4 本章小结

第三章 设备监测无线自组网分簇及路由算法

3.1 基于能耗平衡的K均值分簇算法

3.2 设备监测无线自组网路由算法

3.3 本章小结

第四章 系统软件设计

4.1 系统通讯协议制定

4.2 集中器软件设计

4.3无线自组网软件设计

4.4 客户端应用软件设计

第五章 系统功能验证与测试

5.1 集中器功能测试

5.2 无线自组网路由算法仿真实验

5.3 应用软件功能验证与测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 进一步改进工作

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文