无线传感器网络的综采面瓦斯防控技术的研究

发布时间：2023-05-26 22:09

　　人类的生存与发展离不开能源的支持,煤矿资源作为重要的能源之一在其中发挥着非常重要的作用。根据近年来煤矿事故死亡统计分析可知,瓦斯事故与以前相比已经越来越少,但仍有发生。由于矿区具有地质条件比较复杂、煤层很软、井下瓦斯含量高所以经常会产生一些突出危险等特点,这极大的阻碍了采煤的进程。尽管随着综合机械化采煤的迅速发展,从一定程度上加快了采矿区回采工作面的推进速度,但与此同时工作面瓦斯涌出量也急剧增加,从而造成瓦斯超限现象也常常会有发生。为了解决以上问题,本文在设计中特意将无线传感器网络引入综采面的瓦斯监控系统中,这对提高系统的可靠性,保障煤矿的安全高效生产具有重要的意义。本文首先对井下与井上两个部分进行详细的设计。井下部分主要实现的是数据采集功能。在底层节点中使用的是CC2530Zig Bee节点,其支持Zig Bee协议,通过将CO、瓦斯、甲烷和气压等传感器与其进行连接,可以实现对CO、瓦斯、甲烷等气体浓度的采集,并使用以Zig Bee技术为基础构建的无线传感器网络对采集的数据进行传输,从而实现数据采集功能,同时又引入了瓦斯的涌出规律,有利于与后期终端收集的数据进行对比分析,预防瓦斯突出...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 无线传感器网络的发展现状
        1.2.2 瓦斯防控技术的发展现状
    1.3 论文的研究内容
    1.4 本文的组织结构
2 综采面瓦斯防控技术的研究
    2.1 防控系统的需求分析
    2.2 综采面的系统组成
    2.3 井下瓦斯涌出情况预判分析
        2.3.1 瓦斯预判分析
        2.3.2 瓦斯涌出预判分析
    2.4 瓦斯防控的目标与原则
    2.5 瓦斯防控总体架构
    2.6 本章小结
3 瓦斯防控技术的节点硬件设计
    3.1 无线传感器网络结构和特点
    3.2 回采工作面瓦斯监测无线传感器网络系统
    3.3 系统节点硬件设计
        3.3.1 硬件设计框架
        3.3.2 节点芯片的介绍
        3.3.3 无线通信模块硬件设计部分
    3.4 传感器节点介绍
        3.4.1 瓦斯传感器
        3.4.2 温湿度传感器
    3.5 网关节点模块设计
        3.5.1 网关的概况
        3.5.2 电源电路
        3.5.3 系统复位电路
        3.5.4 串口电路
        3.5.5 以太网转换电路
    3.6 汇聚节点与网关模块之间的通信设计
        3.6.1 ZigBee网络体系结构
        3.6.2 通信命令设定
    3.7 本章小结
4 瓦斯防控技术节点软件设计
    4.1 软件的开发环境及协议栈流程设计
    4.2 软件总体流程设计
    4.3 节点软件设计
        4.3.1 汇集节点的软件设计
        4.3.2 普通监测节点软件设计
    4.4 本章小结
5 无线传感器网络路由协议
    5.1 网络拓扑控制算法
    5.2 Leach路由协议算法
        5.2.1 簇头的产生阶段
        5.2.2 簇头的稳定阶段
    5.3 改进的LEACH算法
    5.4 算法仿真及分析
    5.5 本章小结
6 系统性能测试及分析
    6.1 监测节点组网性能测试
    6.2 监测节点无线通信测试
    6.3 网关的性能测试
    6.4 本章小结
7 总结与展望
    7.1 本文总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果



本文编号：3823348