本文關鍵詞：基于Mesh網(wǎng)絡的頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)

  更多相關文章： 頂板 離層監(jiān)測 低功耗 WaveMesh 無線傳輸

【摘要】：本課題是山西省科技廳重大專項項目(編號:20131101029)“基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦重大生產(chǎn)裝備狀態(tài)監(jiān)測及全壽命周期管理系統(tǒng)的開發(fā)”中的重要組成部分。隨著我國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展,對煤礦井下安全生產(chǎn)提出了更高要求,而頂板事故在礦井事故總數(shù)中的比重長期居高不下,嚴重威脅了煤礦井下的生產(chǎn)安全以及井下工作人員的生命安全。實時監(jiān)測頂板狀態(tài)對于保障頂板安全具有重要作用。而目前頂板離層監(jiān)測主要以人工為主,即工人用觀測儀定時到現(xiàn)場讀數(shù),這樣不僅工作量大,而且實時性差、誤差大;在有線監(jiān)測系統(tǒng)中,一旦線路老損或被腐蝕,將導致傳感器與數(shù)據(jù)監(jiān)測設備通信中斷;雖然目前市場上也有其它無線監(jiān)測系統(tǒng),但存在著功耗高、通訊距離不能滿足要求等問題。因此,開發(fā)一套新型低功耗的無線自組網(wǎng)頂板離層監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)對頂板離層位移數(shù)據(jù)的實時采集、自動存儲和長距離無線傳輸,以便對其進行在線監(jiān)測和分析診斷,具有重要的現(xiàn)實意義。論文針對現(xiàn)有無線監(jiān)測系統(tǒng)功耗高,系統(tǒng)無法滿足工作面用電需求,以及傳輸距離短導致的數(shù)據(jù)無法可靠上傳等缺陷,自主設計研發(fā)了一套頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過采用低功耗設計方式和定時喚醒工作模式,實現(xiàn)了超低功耗運行;設計了基于內(nèi)嵌WaveMesh協(xié)議的無線模塊的通信網(wǎng)絡,實現(xiàn)了在井下巷道拐彎傾斜等環(huán)境中的無線數(shù)據(jù)的長距離可靠傳輸,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文的主要研究工作和成果如下:在大量查閱學習國內(nèi)外相關研究與產(chǎn)品現(xiàn)狀的基礎上,通過在晉煤集團欣科公司開展現(xiàn)場調(diào)研和對系統(tǒng)進行需求分析,設計了頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案,確定了系統(tǒng)中離層儀和監(jiān)測主機的功能;選擇了無線WaveMesh技術作為本系統(tǒng)的無線通信技術。根據(jù)系統(tǒng)功能需求以及總體設計方案,確定了適合本系統(tǒng)的微處理器,開發(fā)了以此為核心的相關外圍電路,使得離層儀能夠完成數(shù)據(jù)采集、信號傳輸、顯示和存儲功能,監(jiān)測主機可以實現(xiàn)對各個離層儀數(shù)據(jù)的接收、存儲以及可視化顯示。結(jié)合硬件電路,采用模塊化結(jié)構(gòu)的程序設計方法,編寫了離層儀和監(jiān)測主機的相關主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、中斷服務程序和通訊程序等。在實驗室對系統(tǒng)各功能進行了調(diào)試,試驗結(jié)果表明:整個系統(tǒng)功能完善穩(wěn)定,運行可靠且功耗低,數(shù)據(jù)采集顯示實時準確,能滿足在井下長時間工作以及遠距離傳輸?shù)囊?對提高井下安全生產(chǎn)有重要意義。
【關鍵詞】：頂板 離層監(jiān)測 低功耗 WaveMesh 無線傳輸
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD327.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題背景和研究意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外頂板監(jiān)測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 機械式頂板離層儀13-14
• 1.2.2 智能式頂板監(jiān)測系統(tǒng)14-15
• 1.3 頂板監(jiān)測系統(tǒng)的未來發(fā)展方向15
• 1.4 本文的研究目標及主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)總體方案分析與設計16-28
• 2.1 頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)需求分析16-17
• 2.2 系統(tǒng)總體方案17-19
• 2.2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)17
• 2.2.2 離層儀功能及原理17-18
• 2.2.3 監(jiān)測主機功能及原理18-19
• 2.3 系統(tǒng)的關鍵技術19-26
• 2.3.1 無線傳感網(wǎng)絡的特點20
• 2.3.2 無線通信技術的比較20-23
• 2.3.3 無線WaveMesh網(wǎng)絡23-26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第三章 監(jiān)測系統(tǒng)硬件電路設計28-50
• 3.1 系統(tǒng)硬件設計原則28
• 3.2 微處理器芯片的選擇28-32
• 3.2.1 選取微處理器需要考慮的幾個因素28-29
• 3.2.2 微處理器的選取29-30
• 3.2.3 最小系統(tǒng)的設計30-32
• 3.3 無線數(shù)據(jù)收發(fā)電路的硬件設計32-36
• 3.3.1 井下無線通信頻段的選擇32-33
• 3.3.2 無線模塊簡介及外圍電路設計33-36
• 3.4 離層儀硬件設計36-44
• 3.4.1 電池的選型36-37
• 3.4.2 穩(wěn)壓芯片的選型37-38
• 3.4.3 位移數(shù)據(jù)采集模塊的設計38-40
• 3.4.4 LED顯示模塊的設計40-42
• 3.4.5 存儲模塊的設計42-43
• 3.4.6 報警模塊的設計43-44
• 3.5 監(jiān)測主機硬件設計44-48
• 3.5.1 LCD液晶顯示模塊的設計45-46
• 3.5.2 實時時鐘模塊的設計46-47
• 3.5.3 SD存儲模塊的設計47-48
• 3.6 硬件抗干擾設計48-49
• 3.7 本章小結(jié)49-50
• 第四章 頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)軟件的開發(fā)50-70
• 4.1 開發(fā)平臺IAR Embedded Workbench簡介50-51
• 4.2 離層儀的單片機軟件設計51-57
• 4.2.1 軟件的主程序設計51-53
• 4.2.2 定時采集存儲子程序設計53-57
• 4.2.3 外部光敏觸發(fā)子程序設計57
• 4.3 監(jiān)測主機的單片機軟件設計57-65
• 4.3.1 監(jiān)測主機的主程序58
• 4.3.2 按鍵子程序設計58-59
• 4.3.3 LCD顯示程序設計59-63
• 4.3.4 SD卡存儲程序設計63-65
• 4.4 系統(tǒng)通信軟件設計65-67
• 4.5 軟件抗干擾設計67-68
• 4.6 本章小結(jié)68-70
• 第五章 系統(tǒng)的調(diào)試70-78
• 5.1 功耗測試70-71
• 5.2 傳感器精度測試71-72
• 5.3 試驗系統(tǒng)的搭建及測試72-76
• 5.4 無線信號通信質(zhì)量測試76-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 結(jié)論78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 參考文獻80-84
• 致謝84-86
• 作者在攻讀碩士期間的研究成果86

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