基于ZigBee的郭屯煤矿安全监测系统设计

摘要

郭屯煤矿属于瓦斯煤矿，存在瓦斯等安全隐患需要进一步加强安全监测，本课题针对郭屯煤矿的井下特殊环境，设计了一种基于ZigBee技术的的井下安全监测系统。主要工作如下：
　　通过对郭屯煤矿井下巷道特征、电磁环境进行分析以及对几种无线通信技术的对比研究，选择利用ZigBee技术的低功耗、低成本和组网快速简单等优势，实现郭屯煤矿井下无线网络通信。
　　通过研究ZigBee网络的拓扑结构，结合郭屯煤矿井下巷道狭长的特点，选择树状网络拓扑结构进行无线数据的传输；针对郭屯煤矿现有安全监测系统的不足提出了基于ZigBee树状无线通信网络与现有的有线安全监测系统相结合的整体设计方案，并提出了井下无线网络的ap节点部署方案，包括窄巷道部署方案和采掘工作面部署方案等。
　　ZigBee节点选择TI公司的CC2530为ZigBee芯片，完成了CC2530核心电路及其外围电路的设计，传感器选择MQ-2气体传感器和数字湿温度传感器DHT11，针对井下特殊环境提出了矿用本安型设计方法；本文对ZigBee组网进行了详细设计，包括网络初始化设计，节点通过协调器入网设计和节点通过路由器入网设计，并在CC2530电源管理、Z-Stack低功耗模式等方面进行了ZigBee网络低功耗模式设计。
　　本文最后选择教学楼内长走廊作为模拟测试环境，对设计的安全监测系统进行测试。测试结果表明ZigBee网络建网和入网过程正常，网络设备无异常且网络性能良好；监测系统可以准确、及时的监测环境信息并对突发情况进行及时预警；节点可以做到在低功耗状态下长时间监测环境信息，监测效果达到了预期目标。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状与发展动态

1.3 课题的主要研究内容

2 井下无线通信分析

2.1 郭屯煤矿井下环境分析

2.2 无线通信技术分析

2.3 本章小结

3 井下安全监测系统总体设计

3.1 现有系统的不足与需求分析

3.2 井下安全监测系统网络结构设计

3.3 井下安全监测系统ap部署设计

3.4 本章小结

4 井下安全监测系统终端节点硬件设计

4.1 CC2530核心电路

4.2 传感器选型

4.3 外围电路设计

4.4 本安保护设计

4.5 本章小结

5 井下安全监测系统组网设计

5.1 软件开发平台简介

5.2 建网和入网设计

5.3 网络低功耗模式设计

5.4 本章小结

6 系统测试

6.1 Zigbee网络测试

6.2 监测测试

6.3 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果