基于无线光纤混合传感网络的井下安全监控系统研究

摘要

我国是一个以煤为主的能源生产和消费大国，煤炭的开发和应用与我国社会发展和人民生活密不可分，但是近年来我国煤矿事故频繁发生，使得煤炭的安全生产一直倍受人们的关注。现有的煤矿安全监控系统大多是以工业总线为基础构成的有线通信传输网络，随着煤矿开采掘进而带来的管道延伸问题，单纯采用有线网络已经无法满足安全生产的需要，无线光纤混合传感网络的发展为我们提供了解决问题的方案。 ZigBee技术，作为一种新出现的无线个人区域网络，以其协议简单、成本低、功耗低、组网容易等特点，非常适用于要求低成本、低功耗的无线传感网络。本文以ZigBee技术为基础，针对实际煤矿安全环境的需求，对无线传感网络在井下安全监控系统中的应用进行了研究，同时根据国内外井下安全监控系统的现状，结合我国中小煤矿的企业的安全生产要求，提出了一种基于ZigBee技术的无线与光纤网络相结合，集多参数井下安全监控和人员定位于一体的矿井安全监控系统的设计方案。 整个监控网络由井下各分巷道中的无线网络及连接无线网络和地面监控机的光纤网络组成。其中无线网络由以XBee PRO无线通信芯片和单片机为核心的无线信标节点和人员佩戴的便携节点构成，所有节点都会将由传感器得到的井下环境参数通过网络上传给地面监控机，同时根据节点间信号传输的RSSI值对人员进行定位。地面监控机实时显示这些环境参数和人员位置信息，如有数据超限则触发报警通知工作人员进行处理。 最后，在封闭的楼道中对该系统进行了测试，取得了满意的效果，证明了该系统的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1课题的目的与意义

1.2井下安全监控系统概述

1.2.1井下安全监控系统介绍

1.2.2井下安全监控系统研究现状分析

1.2.3基于ZigBee的无线监控网络的提出

1.3无线传感器网络通信协议ZigBee

1.3.1现有无线网络技术概述

1.3.2 ZigBee技术详述

1.4主要研究工作及论文组织结构

2井下安全监控系统总体方案设计

2.1系统的总体结构

2.2系统功能及特点

2.3系统技术指标

2.4系统硬件组成

2.4.1固定节点

2.4.2便携节点

2.4.3交换机

2.5监控软件部分

本章小结

3无线传感器节点设计

3.1器件的选择

3.1.1无线芯片的选择

3.1.2瓦斯及温度传感器的选择

3.1.3单片机的选择

3.2固定节点的设计

3.2.1固定节点指标

3.2.2固定节点结构

3.2.3固定节点原理图及电路板设计

3.2.4固定节点软件设计

3.2.5节点加入网络的代码实现

3.3便携节点的设计

3.4固定节点遥控器的设计

本章小结

4井下人员定位系统研究

4.1无线传感网络定位技术概述

4.1.1基于测距的节点定位机制

4.1.2不基于测距的节点定位机制

4.2适用于井下的RSSI改进算法模型

4.2.1 RSSI测距模型

4.2.2适用于矿井下的定位算法的提出

4.2.3信标节点的部署

4.2.4定位方案的实施

4.2.5实验及误差分析

本章小结

5监控机监控软件设计

5.1上位机监控软件的设计思想

5.2上位机监控软件结构

5.3上位机监控软模块化设计

5.4开发环境

5.5监控系统数据接收模块的设计

5.5.1 TCP/IP概述

5.5.2 TCP/IP整体构架概述

5.5.3 TCP/IP如何工作

5.5.4 Socket通信

5.5.5数据的接收

5.5.6数据的解析

5.6数据库的设计与实现

5.6.1 SQL Server 2000数据库介绍

5.6.2选用Visual Basic作为数据库开发平台

5.6.3数据表的设计

5.6.4存储过程

5.7数据图表功能的设计与实现

5.7.1 Teechart控件介绍

5.7.2系统图表缩放功能实现

5.7.3系统图表数据对比功能的实现

5.7.4数据饼图的实现

5.8历史数据查询功能的设计与实现

5.9监控界面的设计与实现

本章小结

6系统测试

6.1测试方案

6.1.1环境参数采集精度

6.2系统通信稳定性实验

7结论与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢