本文關(guān)鍵詞：基于ZigBee的煤礦頂板位移監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

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【摘要】：煤礦巷道的監(jiān)測和支護是煤礦安全的重大課題。巷道中通訊不便,監(jiān)控設(shè)施有限導(dǎo)致煤礦安全生產(chǎn)面臨巨大威脅。本課題設(shè)計的煤礦頂板位移監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)ο锏理敯暹M行實時監(jiān)測,增強煤礦生產(chǎn)安全。 論文針對礦井復(fù)雜的巷道分布結(jié)構(gòu)和特殊的技術(shù)要求提出了一種巷道頂板位移數(shù)據(jù)傳輸方式——基于ZigBee的數(shù)據(jù)無線接力傳輸方式,并設(shè)計了頂板位移采集分站、通信主站和頂板位移數(shù)據(jù)管理軟件。其中,采集分站以線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)每50m一臺安裝在巷道頂板上,能夠?qū)崟r采集巷道頂板離層信息提供現(xiàn)場查詢和位移報警,并可作為中繼通過ZigBee無線接力傳輸?shù)姆绞綄⑦h離通訊主站方向的采集分站的位移信息傳遞回通信主站。通訊主站安裝在巷道入口或井下監(jiān)控室中,能夠收集所屬巷道所有采集分站的位移信息并提供存儲、查詢、轉(zhuǎn)儲和上傳至井上監(jiān)控主機。井上監(jiān)控主機運行頂板位移數(shù)據(jù)管理軟件對收集到的頂板位移信息進行存儲、查詢、報警和打印。 論文使用CC2530+CC2591的組合設(shè)計ZigBee模塊,將無線發(fā)射功率增大到22dbm,在巷道中也有100m(視距)以上的信號覆蓋,設(shè)計了采集分站之間的通訊時序,軟硬件結(jié)合對采集分站進行低功耗優(yōu)化。通訊主站使用STM32F103VE作為數(shù)字處理核心,在μCOS嵌入式操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,設(shè)計完成了頂板離層數(shù)據(jù)的收集、存儲、查詢、轉(zhuǎn)儲、顯示和上傳等一系列功能。采集分站和通訊主站都為本質(zhì)安全型產(chǎn)品,符合“GB3836爆炸性環(huán)境”的要求。 實際工作中,每臺通訊主站最多可以連接64臺采集分站,可以滿足3000m長的巷道頂板監(jiān)控需求。采集分站在經(jīng)過軟硬件協(xié)同的低功耗設(shè)計后,平均每天的耗電量僅為3.18mAh,配備一顆2.4Ah鋰電池供電,使用時間超過1年。本課題設(shè)計的礦用頂板位移監(jiān)測系統(tǒng)包括采集分站和通訊主站通過了重慶煤炭科學(xué)研究院的安標檢測,取得了安標證與防爆證,目前已經(jīng)在山西四候煤礦和王莊煤礦得到了應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：ZigBee 接力傳輸 本質(zhì)安全型 低功耗
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD76;TN92
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 課題來源9-10
• 1.2 選題背景和意義10-11
• 1.3 論文主要工作11-13
• 第二章 ZigBee/RS485/uIP相關(guān)技術(shù)13-17
• 2.1 ZigBee通信技術(shù)13-14
• 2.2 RS485通信技術(shù)14-15
• 2.3 以太網(wǎng)uIP TCP/IP協(xié)議通信技術(shù)15-16
• 2.4 本章小結(jié)16-17
• 第三章 礦用頂板位移監(jiān)測系統(tǒng)的組成與硬件設(shè)計17-39
• 3.1 礦用頂板位移監(jiān)測系統(tǒng)的組成17-19
• 3.2 頂板位移采集分站的硬件設(shè)計19-26
• 3.2.1 采集分站的硬件設(shè)計目標和原則19
• 3.2.2 采集分站整體框架19-20
• 3.2.3 ZigBee模塊20-21
• 3.2.4 主控和射頻芯片CC253021-23
• 3.2.5 電源模塊與低功耗設(shè)計23-24
• 3.2.6 顯示模塊與光控模塊24-25
• 3.2.7 紅外接收器與RS485接口25-26
• 3.3 KJ826-F通訊主站的硬件設(shè)計26-33
• 3.3.1 通訊主站的硬件設(shè)計目標和框架26-27
• 3.3.2 通訊主站的數(shù)字處理核心STM32F103VE27-28
• 3.3.3 通訊主站的ZigBee模塊28
• 3.3.4 LCD顯示模塊與觸摸屏28-29
• 3.3.5 FLASH存儲模塊與USB模塊29-31
• 3.3.6 以太網(wǎng)與光電轉(zhuǎn)換模塊31-32
• 3.3.7 電源模塊32-33
• 3.4 硬件設(shè)計的本安要求33-37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計39-59
• 4.1 開發(fā)環(huán)境的搭建39-41
• 4.2 頂板位移采集分站的軟件設(shè)計41-48
• 4.2.1 頂板位移采集分站的通信過程41-44
• 4.2.2 頂板位移采集分站軟件的代碼實現(xiàn)44-47
• 4.2.3 ZigBee的數(shù)據(jù)幀格式47-48
• 4.3 通訊主站的軟件設(shè)計48-56
• 4.3.1 通訊主站ZiBee模塊程序48-49
• 4.3.2 通訊主站ZigBee模塊的代碼實現(xiàn)49-52
• 4.3.3 通訊主站STM32程序設(shè)計與代碼實現(xiàn)52-56
• 4.4 上位機頂板位移數(shù)據(jù)管理軟件56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)與展望59-61
• 5.1 工作總結(jié)59-60
• 5.2 后期展望60-61
• 參考文獻61-65
• 附錄 安全標志取證檢驗65-77
• 1 礦用產(chǎn)品安全標志申辦流程65-66
• 2 礦用本安型設(shè)備66-74
• 2.1 本質(zhì)安全檢驗67-71
• 2.2 儀表性能檢驗71-74
• 3 礦用頂板位移監(jiān)測系統(tǒng)的檢驗74-77
• 致謝77-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄79

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 郭相參;張愛英;李密;;頂板離層儀在煤礦巷道頂板穩(wěn)定性監(jiān)測中的應(yīng)用[J];建井技術(shù);2009年03期

2 陳永峰;;基于MSP430F169的煤礦用頂板位移傳感器的設(shè)計[J];煤礦機電;2011年06期

3 葛曉宇;王慶輝;魏立峰;;ZigBee技術(shù)及其在礦山中的應(yīng)用[J];微計算機信息;2007年14期

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5 高琨琦;魏峰;李慶偉;;煤礦頂板位移測量裝置的開發(fā)[J];中國儀器儀表;2007年03期

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本文編號：789254