基于WSN的煤矿井下安全监测系统研究与设计

摘要

作为一个煤矿大国，我国的煤矿安全生产形势相当严峻。现有井下监测技术不够理想，煤矿井下安全监测水平急待提高。针对矿山井下的特殊环境，本文提出了一种基于WSN的煤矿井下安全监测系统，对井下环境参数和人员位置进行实时监测，减少煤矿事故发生率。
　　本文的主要研究工作有:
　　(1)对系统整体方案进行了设计。进行节点布局，以CC2530+CC2410作为井下ZigBee网络硬件节点的核心，通过CAN总线实现主控制器（协调器）与地面监测中心的通信。
　　(2)通过对传统RSSI模型深入研究，提出了一种自适应-四点加权定位及其快速定位算法实现井下人员位置获取，包括RSSI曲线拟合、RSSI高斯过滤、加权质心定位等。
　　(3)对系统的硬件进行了具体设计，包括传感器调理电路、双电源供电电路、CAN连接电路，还进行了硬件节点防爆设计与检测，保证节点在井下安全、稳定地工作。
　　(4)对系统进行软件设计。以IAR Embedded Workbench软件作为下位机开发环境，实现井下ZigBee网络的信息采集和通信;以LabVIEW作为上位机监测界面的开发平台，实现瓦斯、温湿度、二氧化碳等浓度的显示、存储、回放并实现预警功能，最后通过Web发布，使得远程用户能够对井下情况进行监测。
　　(5)对系统进行了功能测试。本系统最后通过串口连接进行环境监测功能的测试，结果表明系统运行稳定、可靠，能持续有效地对环境参数进行监测。井下人员定位算法的仿真实验表明，该算法不仅具有自适应、提高定位精度的优点，而且能在相同锚节点密度下取得更好的定位效果。
　　本系统将在煤矿井下安全监测领域具有一定的参考价值和发展前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 井下安全监测技术的研究现状和趋势

1．3 无线传感器网络研究介绍

1．4 论文主要研究内容与安排

1．5 本章小结

第二章 煤矿井下安全监测系统整体设计方案

2．1 煤矿井下环境和监测系统需求分析

2．2 矿井下通信技术选择

2．3 监测系统整体构架

2．4 井下系统节点布置

2．5 井下人员定位技术

2．6 本章小结

第三章 系统硬件设计

3．1 硬件选型

3．2 双电源供电系统设计

3．3 各节点结构

3．4 硬件防爆设计

3．5 本章小结

第四章 系统软件设计

4．1 下位机软件开发环境介绍

4．2 节点工作流程及采集程序

4．3 系统上位机设计

4．4 本章总结

第五章 系统功能测试与结果分析

5．1 环境监测功能测试

5．2 定位算法仿真分析

5．2 本章总结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 设计创新点

6．3 工作展望

参考文献

致谢

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