本文關(guān)鍵詞：基于Zigbee的煤礦瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)的研究

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【摘要】：長期以來,煤礦井下瓦斯一直是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素,瓦斯事故的頻發(fā),嚴重制約著礦井的安全生產(chǎn),威脅著社會的公共財產(chǎn)和礦工的生命,現(xiàn)實中礦井安全生產(chǎn)形勢依然嚴峻。傳統(tǒng)的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)采用有線監(jiān)測的方式,受布線復雜、維護成本高等因素影響,不能滿足實際安全生產(chǎn)的需要。因此生產(chǎn)過程中急需切合實際的井下瓦斯安全監(jiān)測技術(shù)研究。本文利用Zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù),研究適合井下大規(guī)模瓦斯監(jiān)測的無線網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建了基于Zigbee的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng);采用“節(jié)點分散監(jiān)測,數(shù)據(jù)集中管理”的架構(gòu)思想,對井下3種監(jiān)測功能節(jié)點硬件和軟件進行了設(shè)計,搭建了以CC2530為核心的節(jié)點硬件系統(tǒng),編制了各節(jié)點的應(yīng)用軟件;然后采用EkoView建立瓦斯監(jiān)測界面,建立了基于B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的瓦斯數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測系統(tǒng)。針對井下無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量受限問題,開發(fā)了一種ZJGAF拓撲節(jié)能算法,該拓撲算法以GAF算法為基礎(chǔ),在監(jiān)測區(qū)域虛擬單元格的劃分和簇頭選舉進行了改進,在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通的基礎(chǔ)上,降低了節(jié)點能耗。利用Matlab進行仿真實驗表明,與傳統(tǒng)的GAF拓撲控制算法相比較,ZJGAF拓撲節(jié)能算法降低了網(wǎng)絡(luò)整體能耗和延長了網(wǎng)絡(luò)生存周期。基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r準確的監(jiān)測井下瓦斯?jié)舛?降低了監(jiān)測節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)能耗,提高了煤礦瓦斯事故預防的有效性,具有較大的應(yīng)用和推廣價值。
【關(guān)鍵詞】：Zigbee無線監(jiān)測 煤礦瓦斯 拓撲控制算法 CC2530
【學位授予單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN92;TP274;TD712.55
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題研究的背景和意義9-12
• 1.1.1 礦井瓦斯的介紹9-10
• 1.1.2 煤礦瓦斯安全監(jiān)測研究的背景10-12
• 1.1.3 煤礦瓦斯安全監(jiān)測研究的意義12
• 1.2 煤礦瓦斯安全監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 煤礦瓦斯安全監(jiān)測技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題13-14
• 1.3 研究內(nèi)容及章節(jié)安排14-17
• 2 煤礦瓦斯無線監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計17-25
• 2.1 煤礦瓦斯無線監(jiān)測方案設(shè)計17-19
• 2.2 煤礦瓦斯無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)19-24
• 2.2.1 Zigbee無線技術(shù)及其特點19-21
• 2.2.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧21-22
• 2.2.3 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)22-24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 3 井下瓦斯監(jiān)測Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制研究25-37
• 3.1 Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制概述25-27
• 3.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲控制算法分類和性能分析27-30
• 3.2.1 平面型拓撲算法28
• 3.2.2 層次型拓撲算法28-29
• 3.2.3 無線網(wǎng)絡(luò)拓撲控制算法的性能比較29-30
• 3.3 GAF拓撲控制算法的研究分析30-35
• 3.3.1 GAF算法思想31
• 3.3.2 GAF算法過程描述31-33
• 3.3.3 GAF拓撲算法性能分析33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 4 基于節(jié)點均勻度的ZJGAF拓撲改進算法研究37-49
• 4.1 煤礦井下監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)對拓撲控制的要求37
• 4.2 改進的GAF拓撲控制算法37-44
• 4.2.1 監(jiān)測區(qū)域節(jié)點質(zhì)心計算38-39
• 4.2.2 建立監(jiān)測區(qū)域節(jié)點均勻度分布評價模型39-40
• 4.2.3 基于節(jié)點分布均勻度模型的改進ZJGAF算法40-44
• 4.3 改進的GAF拓撲控制算法ZJGAF的仿真和分析44-47
• 4.3.1 搭建仿真環(huán)境45-46
• 4.3.2 全網(wǎng)總能耗的減少46
• 4.3.3 網(wǎng)絡(luò)生存周期延長46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 5 煤礦井下瓦斯安全監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點研究49-65
• 5.1 煤礦井下瓦斯監(jiān)測節(jié)點設(shè)計原則49-50
• 5.2 Zigbee瓦斯無線監(jiān)測節(jié)點硬件設(shè)計50-54
• 5.2.1 監(jiān)測節(jié)點處理器芯片模塊50-52
• 5.2.2 電源能量供應(yīng)模塊52
• 5.2.3 瓦斯傳感器模塊52-53
• 5.2.4 CAN總線接口模塊53-54
• 5.3 Zigbee瓦斯無線監(jiān)測節(jié)點軟件設(shè)計54-60
• 5.3.1 固定監(jiān)測節(jié)點結(jié)構(gòu)及軟件運行流程設(shè)計54-56
• 5.3.2 移動監(jiān)測節(jié)點結(jié)構(gòu)及軟件運行流程設(shè)計56-58
• 5.3.3 井下匯聚節(jié)點結(jié)構(gòu)及軟件運行流程設(shè)計58-60
• 5.4 煤礦瓦斯監(jiān)測中心管理平臺研究60-63
• 5.4.1 EkoView監(jiān)控軟件應(yīng)用管理60-61
• 5.4.2 用戶登錄界面設(shè)計61-62
• 5.4.3 瓦斯監(jiān)測管理界面設(shè)計62
• 5.4.4 監(jiān)測節(jié)點報警管理62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-65
• 6 總結(jié)與展望65-67
• 6.1 論文的工作總結(jié)65
• 6.2 工作展望65-67
• 參考文獻67-71
• 作者在碩士期間的發(fā)表論文71-73
• 致謝73

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本文編號：527453