无线传感器网络在矿山环境监测中的应用

摘要

人类的生存与发展离不开环境和资源，矿山资源作为自然资源的重要组成部分，近年来，其开采量日趋增大。然而，它为人类发展贡献巨大能量的同时，也引发了一系列问题，其中，最主要的有两点:第一，受巨大经济利益驱动，矿山盗采活动频繁发生，使国家利益遭受严重损失;第二，矿山资源开采活动加剧了环境污染，正威胁着人类的生存和可持续发展。
　　为了应对以上问题，我们有必要对矿山资源区以及周边环境进行实时监测。近年来，物联网技术，特别是无线传感器网络技术，因其布网容易、性价比好的优点脱颖而出，从而在技术方面为本监测系统的实现提供了有效保障。本课题即是基于物联网中的无线传感器网络新技术，研究并设计一套矿山环境监测系统。
　　在该系统中，感知层采用基于ZigBee技术的无线传感器网络，构建矿山环境感知系统，其核心芯片是CC2530，通过在ZigBee节点上连接各种类型传感器，可实时采集矿山环境的各种参数，包括空气环境、土壤环境、水环境，同时可通过红外模块，构建矿区防盗采栅栏;数据传输方面，ZigBee节点间的传输基于ZigBee协议，采用的射频模块是CC2591，考虑到矿区偏僻，故ZigBee汇聚节点数据远程传输至上位机的过程则借助目前覆盖范围广且信号稳定的移动3G/4G网络完成;数据传输协议间的转换通过网关节点完成，本课题的网关节点以ARM920T内核的S3C2410A微控制器芯片为核心;本系统的上位机可以基于.Net开发，且可借助地理信息系统GIS相关技术实现对矿区地形地貌的浏览功能。
　　本系统的研究目的是方便监控中心和相关管理部门实时掌握矿区环境信息，辅助相关部门的治污工作，此外，该系统构建的防盗栅栏可以防止矿山资源的盗挖盗采，可以有效地保护矿山资源。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外物联网技术发展现状

1．2．2 国内外环境监测技术研究现状

1．3 课题的研究内容

1．4 本文的组织结构

2 矿山环境监测系统总体设计

2．1 系统需求分析

2．2 系统设计目标与原则

2．3 系统总体架构

2．4 监测节点布局

2．5 本章小结

3 矿山环境监测节点硬件设计

3．1 矿山环境特点及监测技术需求分析

3．2 环境感知层硬件系统总体设计方案

3．3 监测节点框架设计与芯片选择

3．3．1 监测节点框架设计

3．3．2 芯片选择

3．4 无线通信模块硬件设计

3．4．1 CC2591简介

3．4．2 CC2530与CC2591连接

3．5 监测节点硬件设计

3．6 传感器介绍

3．6．1 传感器选型原则

3．6．2 空气温湿度传感器

3．6．3 CO2浓度传感器

3．6．4 粉尘浓度传感器

3．6．5 红外传感器

3．7 网关模块设计

3．7．1 网关主控模块设计

3．7．2 3G／4G通信模块硬件设计

3．7．3 监测节点和3G／4G模块之间的通信设计

3．8 本章小结

4 矿山环境监测节点软件设计

4．1 系统开发环境选择

4．2 软件总体流程设计

4．3 汇聚节点软件设计

4．3．1 网络建立

4．3．2 节点绑定软件设计

4．3．3 数据收发软件设计

4．4 普通监测节点软件设计

4．4．1 普通监测节点基本配置

4．4．2 数据采集

4．5 本章小结

5 系统性能测试与分析

5．1 监测节点组网性能测试

5．2 监测节点采集数据性能测试

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 下一步研究与展望

参考文献

致谢

个人简历及发表论文情况