井下Mesh网络环境多参数监测预警系统的设计与实现

摘要

煤矿的安全问题一直是煤矿生产的重中之重，矿难一旦发生，救援人员需要充分利用宝贵的救援时间对受困人员展开营救，同时发生灾害后井下环境复杂，使得救援工作充满危险。这就需要救援通讯设备既能够提高救援工作的效率，又能够对救援人员的生命安全提供一定的保障，但目前矿井救援通讯方面的技术与装备均较为薄弱。本文正是在此背景下，提出了集语音调度、视频监控、环境监测和人员定位为一体的煤矿应急救灾通讯系统，并完成了其中环境多参数监测预警系统的设计与实现。
　　本文设计的环境监测预警系统由井下多参数检测终端和环境监测软件构成，其中终端由救援人员随身携带，环境监测软件运行在地面控制台PC上，二者通过搭建于井下的无线Mesh网络进行通信。
　　无线Mesh网络组网迅速、网络容量大和网络扩展容易的特点，使得无线Mesh网络适合应用在煤矿应急救灾通讯系统中作为保证井下与地面通信的骨干网。考虑到井下环境以及巷道电磁波衰减的特殊性，本文选择线形链状无线Mesh网络搭建在矿井巷道中，同时在对比和测试的基础上选择了相应的Mesh节点设备。
　　从功能需求入手实现环境监测预警系统，首先为满足救援人员能有随身携带对救灾现场环境状况进行探测的仪器，设计了井下多参数检测终端。终端采用嵌入式系统，ARM9处理器，能够对八种环境参数进行检测，并在参数数据超出安全阈值时进行声光报警。然后为满足地面指挥中心人员能够掌握救援人员所处环境，在VC++6.0平台基于MFC开发了环境监测软件，主要完成串口通信、数据处理和实时动态图形化显示预警的功能，其中数据收发及八种环境参数数据的动态图像均在一个界面呈现，为监控提供了便利。
　　本文最后对所进行的测试工作进行了总结和分析，第一部分是无线Mesh网络性能测试，在通州运河森林公园搭建链状25节点无线Mesh网，经测试本文所构建的无线Mesh网络的吞吐量、时延和场强性能指标均能够满足设计要求;第二部分是环境监测预警系统的功能测试，经测试本文提出的环境监测预警系统能够实现井下终端和监测软件的通信，以及对环境参数进行采集、显示和预警的功能。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 煤矿井下无线通信的特点及现状

1．3 本文的主要内容

1．4 本文的组织结构

2 煤矿救灾通讯系统井下无线Mesh网络的构建

2．1 无线Mesh网络

2．1．1 WMN的基本概念

2．1．2 WMN的构成

2．1．3 WMN的特点及优势

2．2 井下无线Mesh网络的构建

2．2．1 井下WMN的特殊性

2．2．2 井下WMN的结构

2．2．3 井下WMN的核心设备

2．3 煤矿救灾通讯系统概述

2．3．1 系统的逻辑结构

2．3．2 系统的拓扑结构

2．4 本章小结

3 井下多参数检测终端的设计与实现

3．1 环境监测预警系统的概述

3．2 井下多参数检测终端的整体设计方案

3．2．1 设计要求

3．2．2 工作原理

3．3 井下多参数检测终端的实现平台

3．3．1 嵌入式系统的开发概述

3．3．2 硬件平台

3．3．3 软件开发平台

3．4 软件设计

3．4．1 系统移植

3．4．2 应用程序设计

3．5 井下多参数检测终端的功能介绍

3．6 本章小结

4 环境监测预警系统控制台监测软件的设计与实现

4．1 环境监测软件的设计思路

4．2 环境监测软件的开发平台

4．3 关键技术

4．3．1 串口通信模块

4．3．2 数据处理模块

4．3．3 实时动态可视化模块

4．4 环境监测软件的功能

4．5 本章小结

5 环境监测预警系统综合测试

5．1 无线Mesh网络性能测试

5．1．1 测试的性能指标

5．1．2 测试环境及网络部署

5．1．3 测试结果分析

5．2 环境监测预警系统功能测试

5．2．1 测试平台

5．2．2 测试环境及设备部署

5．2．3 系统功能测试

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

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