基于无线技术的煤矿瓦斯监控系统的研制

摘要

近年来，由于矿井内的瓦斯浓度超限所致，煤矿重大、特大瓦斯爆炸事故时有发生，给矿工的生命和煤炭企业的安全生产带来了重大损失。因此，给矿井安装煤矿监控系统，做好矿井内的瓦斯浓度监测工作就变得尤为重要。传统的煤矿监控系统大都是由专业布线人员在矿井下面铺设大量的电力线，由于井下的环境复杂多变，布线的灵活性就受到了很大的制约，不仅浪费人力和物力，灾后电力线也会受到破坏，重建工作变得非常的困难。随着无线传感器网络的快速发展，煤矿监控系统引入了无线网络技术，它突破了在矿井下铺设电力线的局限性，有着传统监控系统无可比拟的优势。
　　随着无线传感器网络技术、电子技术、计算机技术和自动化控制技术的发展，论文综合各种理论知识和考察矿井实际需求的基础上，设计了基于无线技术的煤矿瓦斯监控系统。整个系统分为井上和井下部分，井上有计算机组成监控中心，井下由传感器采集节点和接收节点组成，并在采集节点上采用模糊PID智能控制技术实现了瓦斯浓度的自动化控制。
　　论文设计了以 CC2430为核心的无线传感器网络的采集节点和接收节点的硬件电路。把大量的无线传感器网络采集节点放置于希望监测瓦斯浓度的地方，该节点实时进行该处瓦斯浓度的采集和换算，并通过模糊PID控制实现该节点附近的瓦斯浓度的智能化控制，该节点还接收由中心节点(接收节点)发来的信息，判断是否需要将采集到的瓦斯浓度通过无线通信的方式发射给中心节点。中心节点和上位机之间可以通过串口进行通信，把上位机发来的指令信息通过无线通信发射给采集节点，和自己地址一致的采集节点把采集到的信息再发射给中心节点，中心节点将收到的信息进行分析、计算，进行数码管和上位机显示，如果瓦斯浓度超限，发出声光报警，提示人员停止正在进行的工作，疏散工人，达到安全生产的目的。上位机由操作人员控制，显示所需井下的瓦斯浓度等信息参数，实现这些参数的监控、查询、打印，并通过互联网和上级部门保持通信。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

Contents

1绪论

1.1背景和依据

1.2矿井瓦斯监测和瓦斯控制系统的必要性

1.3瓦斯监控系统现状

1.4煤矿中无线传感器网络的引入

1.5模糊控制的应用前景

1.6本文主要研究内容

2系统整体方案

2.1煤矿瓦斯监控系统比较

2.2基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监控系统

3无线传感器网络节点的设计

3.1无线传感器网络节点的设计方案

3.2无线传感器网络采集节点的硬件设计

3.3无线传感器网络接收节点的硬件设计

4瓦斯浓度抽排控制设计

4.1抽排控制策略的选择

4.2模糊瓦斯控制器的设计

5系统软件设计

5.1无线传感器网络软件设计

5.2无线传感器网络各模块的软件设计

6实际测试与调试

6.1硬件实物图

6.2实验室的调试

7总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

研究生期间获的奖励