【摘要】：煤礦瓦斯事故的防范一直是我國安全生產監(jiān)督管理工作的重中之重。目前我國煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)大多采用有線網絡的形式,存在布線困難、維護成本高、擴展性差等問題,且煤礦井下環(huán)境錯綜復雜,容易產生監(jiān)測盲區(qū)。瓦斯氣體的主要成分是甲烷,因此設計一種組網方便、靈活性好且安全穩(wěn)定的煤礦甲烷濃度監(jiān)測系統(tǒng)意義重大。本文通過對現(xiàn)有甲烷檢測技術和短距離無線通信技術的分析研究,提出了一種基于Zig Bee無線通信技術的礦用紅外光譜吸收型甲烷濃度監(jiān)測系統(tǒng)的解決方案,分析了系統(tǒng)設計的主要功能和技術要求,對各Zig Bee節(jié)點及其外圍電路的硬件進行了設計,通過軟件編程與調試完成了系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)由井下數(shù)據采集部分和井上監(jiān)控中心共同組成,實現(xiàn)對礦井中甲烷濃度數(shù)據的采集和處理,最終傳輸至井上監(jiān)控中心進行顯示與操作。井下數(shù)據采集系統(tǒng)由終端、路由器和協(xié)調器三類Zig Bee節(jié)點組成,選取CC2530芯片作為處理器。終端節(jié)點的紅外甲烷傳感器負責檢測礦井環(huán)境中的甲烷氣體,將采集到的濃度電壓信號傳送給控制芯片,經過處理后的信號以Zig Bee無線通信的方式傳輸?shù)铰酚善鞴?jié)點;路由器節(jié)點的主要作用是擴展傳輸距離,將數(shù)據轉發(fā)給協(xié)調器,同時對收到的甲烷濃度信息進行閾值判斷,若超過設定值系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警;協(xié)調器節(jié)點主要負責構建和維護Zig Bee無線網絡,將所有終端信息打包,通過相應的串口發(fā)送至井上監(jiān)控中心的上位機,方便工作人員查看與操作。井上監(jiān)控中心通過上位機軟件的開發(fā)實現(xiàn),主要功能為實時顯示各監(jiān)測點的甲烷濃度、查看濃度變化曲線、設置報警閾值等。該系統(tǒng)經過調試實現(xiàn)了甲烷濃度數(shù)據的采集,對濃度低于2%的甲烷氣體檢測誤差不超過0.1%,通過對各部分功能的測試分析,驗證了系統(tǒng)具有較高的可行性。
【圖文】：

持 2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee 協(xié)議，內部集成了業(yè)界標準的增強型 8051CPURF（Radio Frequency，射頻）收發(fā)器、256KB 可編程閃存、8KB RAM、1 個 1位定時器、2 個 8 位定時器、2 個支持多種串行通信協(xié)議的 USART（UniversSynchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/異步串行接收/發(fā)送器）、8 個可配置分辨率的模數(shù)轉換模塊，以及 21 個可編程通用 I/O 引腳，具有豐富的硬件資源。CC2530 在休眠狀態(tài)時電流為 0.3μA，最高發(fā)射功率是 4.5dBm工作電壓在 2.5-3.3V 之間，具有低功耗的特點[44]。圖 3-2 為 CC2530 芯片內部結構圖，主要可分為三部分：CPU 及其內部存儲相關模塊，，外設、時鐘和電源管理相關模塊，無線信號收發(fā)相關模塊[45]。

圖 3-3 CC2530 最小系統(tǒng)電路Fig.3-3 The smallest system of CC2530（2）晶振電路CC2530 包含有兩個不同頻率的晶振電路，其中頻率為 32MHz 的晶振電一個 32MHz 的石英振蕩器 XTAL1 和兩個 22pF 的負載電容（C221 和 C23成，主要功能是給處于正常工作模式的 CC2530 芯片提供外部時鐘源；頻 32.768KHz 的晶振電路是可選電路，由一個 32.768KHz 的振蕩器 XTAL2 個 15pF 的負載電容（C321 和 C331）組成，負責為 CC2530 芯片提供精準頻時鐘源，主要用于要求非常低的睡眠電流消耗和精確喚醒時間的應用。電路圖如圖 3-4 所示。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD712.55

【參考文獻】

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