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基于Zigbee无线传输网络的煤矿瓦斯监控系统研究

作　者: 杨景辉
导　师: 刘树林
学　校: 西安科技大学
专　业: 控制工程
关键词: 煤矿 瓦斯监控 zigbee CC2430 无线传输
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要


煤矿监控系统是煤矿安全生产重要的保障。传统的矿井安全监控系统主要构建于电缆通信设施的基础之上，通信链路容易受现场环境影响，传感器接入不灵活，监测范围窄，不能适应现代化高效矿井的需要。工业级无线网络技术的不断进步为解决传统矿井安全监控系统的弊病提供了新的契机。新一代无线网络技术Zigbee以其低功耗、低成本、组网自适应、网络容量大等特点，广泛应用于低数据传输速率的工业场合。本文提出了一种采用Zigbee无线传输网络替代煤矿瓦斯监控系统局部有线传输的改造设计方案，将Zigbee无线网络技术用于瓦斯数据采集及系统断电控制之间传输，以提高系统的可靠性和灵活性，扩大系统的监测范围。本文主要工作有5大部分，系统方案设计、硬件选型及设计、Zigbee节点软件设计，传输网络的实现及井下部署、实验测试。其中硬件选型及设计部分包括对节点处理器模块的选型，无线模块及传感器催化元件的介绍，选出了本系统的处理器模块MSP430F169，介绍了无线芯片CC2430的特点及典型应用电路、传感器催化元件MJC4/3.0 J，并对传感器节点硬件进行了设计，又结合井下馈电开关断电控制原理，设计了开关控制节点。软件部分包括对协议栈软件原理构架、常用原语、开发步骤的介绍、对协调器、簇首节点、终端节点工作流程的设计。传输网络部分介绍了层次型网络的算法、拓扑控制、组网及建网过程、设计了周期巡检工作模式下的工作流程、数据融合传输方式、分析了井下环境对无线网络的干扰因素，提出了Zigbee无线网络在井下部署原则。最后，在井下运输大巷中构建了一个长距离层次型网络及断电控制装置，通过实验，对监控系统网络传输及控制功能进行了测试，并给出了测试结果

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-7
1 绪论  7-11
  1.1 课题研究背景和意义  7-8
  1.2 煤矿瓦斯监控系统国内外研究现状  8-9
  1.3 论文的组织结构  9-10
  1.4 本章小结  10-11
2 煤矿瓦斯监控系统方案设计  11-19
  2.1 煤矿常用瓦斯监控系统组成及现场应用存在问题  11-14
    2.1.1 煤矿常用瓦斯监控系统组成  11-12
    2.1.2 煤矿瓦斯监控系统工作过程及现场管理要求  12-13
    2.1.3 现有煤矿瓦斯监控系统存在的主要问题  13-14
  2.2 基于 ZIGBEE无线传输网络瓦斯监控系统方案设计  14-18
    2.2.1 传输网络布置  14-15
    2.2.2 系统组成  15-17
    2.2.3 系统功能及主要参数指标  17
    2.2.4 设计原则  17-18
  2.3 本章小结  18-19
3 硬件设计  19-35
  3.1 ZIGBEE硬件系统设计概述  19
  3.2 传感器节点设计  19-31
    3.2.1 传感器节点设计特点  19-20
    3.2.2 传感器节点构架各模块分析  20-26
    3.2.3 传感器模块开发设计  26-31
  3.3 开关控制装置设计  31-34
    3.3.1 开关控制节点电路设计  31-32
    3.3.2 断电仪与馈电开关电路的连接设计  32-33
    3.3.3 断电仪的选择  33-34
  3.4 本章小结  34-35
4 软件设计  35-44
  4.1 ZIGBEE协议栈构架原理  35
  4.2 ZIGBEE协议栈软件开发  35-38
    4.2.1 zigbee 技术开发基本术语  35-37
    4.2.2 协议栈接口  37-38
    4.2.3 协议栈软件设计步骤  38
  4.3 层次型网络节点工作流程设计  38-43
    4.3.1 协调器的工作流程设计  38-39
    4.3.2 簇首节点工作流程设计  39-41
    4.3.3 端节点工作流程设计  41
    4.3.4 开关控制节点工作流程设计  41-43
  4.4 监控主机软件设计  43
  4.5 本章小结  43-44
5 层次型网络的实现及井下部署  44-57
  5.1 层次型网络的实现  44-50
    5.1.1 拓扑算法  44
    5.1.2 网络中节点间的关系  44-45
    5.1.3 网络节点的地址分配  45-46
    5.1.4 网络的建立和节点的入网过程  46-48
    5.1.5 无线节点接入控制  48-50
  5.2 层次型网络周期巡检工作方式设计  50-53
    5.2.1 网络节点工作周期的设计  50-51
    5.2.2 网络工作流程设计  51-52
    5.2.3 周期工作方式数据融合机制  52-53
  5.3 影响井下无线网络通信因素分析及层次型网络部署  53-56
    5.3.1 影响井下无线网络通信因素分析  53-54
    5.3.2 层次型网络部署原则  54-55
    5.3.3 层次型网络在采掘工作面部署  55-56
  5.4 本章小结  56-57
6 实验测试  57-65
  6.1 软件开发环境介绍  57-59
  6.2 系统功能指标实验测试  59-64
    6.2.1 测试环境  59
    6.2.2 节点间最大传输距离测试  59-60
    6.2.3 控制功能、断电执行时间、网络传输速率、误码率测试  60-64
  6.3 本章小结  64-65
7 结论  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
附录  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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