基于ZigBee的煤矿巷道表面位移监测仪

摘要

煤矿巷道表面位移变化是围岩压力最直观的反映，实时监测巷道表面位移掌握巷道围岩压力的状态，对巷道进行及时支护，可以减少生产过程中的安全隐患。煤矿巷道位于地表下，环境恶劣，数据采集及传输极为困难。针对上述问题，设计了基于ZigBee的煤矿巷道表面位移监测仪。
　　基于ZigBee的煤矿巷道表面位移监测仪由通信总站、通信分站和传感器组成。传感器采用超声波测距技术，每个测量断面的传感器将采集的数据发送至通信分站，通信分站以CC2530为核心处理器对数据进行打包处理，通过“线型”无线通信网络以接力的形式将测量数据传输至通信总站，通信总站以STM32VET6为核心，对所有监测断面的数据进行集中处理和存储，同时通信总站也可以通过光纤发送数据至井上服务器。
　　通信分站具有一定的存储空间供关键数据进行存储，采用数码管对本机地址及采集数据进行本地显示，方便本地安装;通信总站配有5.0寸液晶触摸屏并搭载友好的人机交互界面，实现快捷的数据查询、同步系统时间以及地址分配等功能，同时通信总站具有强大的FLASH存储能力和USB接口，提供了大量数据存储和转存功能。
　　基于ZigBee的煤矿巷道表面位移监测仪集数据采集、传输与处理于一体。安装方便，操作简单，为煤矿巷道搭建了一套数据采集和通信平台，实现了对煤矿巷道表面位移的动态监测。通过对系统进行测试，结果表明该系统运行稳定可靠，测量精度达到了工业测量要求，应用前景广阔，具有良好的二次开发价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 系统设计要求

1．3 论文主要内容

第二章 技术基础介绍

2．1 ZigBee技术

2．2 μC／OS-Ⅱ与μCGUI

2．3 超声波测距

2．4 矿井巷道收敛量

第三章 系统总体设计方案

3．1 系统技术要求

3．1．1 主要实现功能

3．1．2 工艺要求

3．2 总体结构设计

3．3 系统开发环境搭建

第四章 系统硬件设计

4．1 通信总站

4．1．1 主控模块

4．1．2 ZigBee模块

4．1．3 触摸屏模块

4．1．4 FLASH存储模块

4．1．5 光纤以太网模块

4．1．6 RS485通信模块

4．1．7 USB模块

4．1．8 电源模块

4．2 通信分站

4．2．1 主处理器及通信模块

4．2．2 超声波测距模块

4．2．3 显示模块

4．2．4 光控模块

4．2．5 电源模块

4．3 超声波测距传感器

4．3．1 超声波驱动

4．3．2 回波检测

4．4 本质安全设计

第五章 系统软件设计

5．1 通信总站软件设计

5．1．1 μC／OS-Ⅱ在STM32单片机上的移植

5．1．2 任务的组成及状态

5．1．3 任务创建

5．1．4 任务调度及任务间同步通信

5．1．5 时钟节拍

5．2 通信分站软件设计

5．2．1 设备初始化

5．2．2 巷道表面位移采集子程序

5．2．3 RF收发函数

5．2．4 睡眠定时器中断函数

5．2．5 T3定时器中断函数

5．2．6 串口中断处理函数

5．2．7 FLASH存储函数

5．3 通信协议

5．3．1 地址分配

5．3．2 数据格式

5．3．3 数据传输过程

第六章 测试与分析

6．1 测试环境搭建

6．2 系统测试

6．2．1 系统整体测试

6．2．2 测量精度测试

6．2．3 通信质量测试

6．2．4 分站故障测试

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文