基于无线传感网的矿井环境监测系统设计(毕业论文)

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1、1绪论1.1选题意义和背景矿井的内部有害气体众多，对身心都有巨大的影响。当煤矿井下发生事故时，由于工作环境，人流量都会有极大的影响，还有矿井内的各种危险因素对矿井安全生产和人员及时及时解救有重要意义。矿井内部比较复杂，监测亦成为一大重要问题。无线传感器网络是一种效率很高，成本不高的解决手段，但是其通信范围、网络结构和路由算法等问题需要根据矿井的具体结构来进行规划，所以在矿井安全监测方面运用无线传感网络是有优越性的，不但为矿井安全的管理极易人员的救援有极大的帮助，也为今后的矿井安全监测提供有力的手段1.2国内外矿井监测系统发展及研究现状国外的矿井监测技术起步于二十世纪中叶，到现在已经发展

2、了将近六十多年了，根据技术特性来分析，其发展可以根据信息传输方式的变化具体分了4阶段[2]。阶段一：1960年左右，当时西方煤矿中的运输机、固定重型设备等的控制大部是通过传输空分制信号的方法。法国CTT63/40系统是比较成功的，监测点较多，安全系数也提高了阶段二：晶体管电路随后开始发展，频分制信号传输方式开始盛行阶段三：集成技术在70年代开始出现，以时分制信号传输的第三代煤矿监测系统产生了，该传输方式系统使得抗干扰性能强了，另外还有系统配置灵活、结构较为简单的优点。阶段四：在80年代末，计算机开始发展，煤矿安全监测系统朝着网络化、集成化、开发性方向发展起来。加拿大600型系统是当时最

3、具典型的代表。由于历史的原因，我国的煤矿监测技术起点较低、起步晚。我国早期主要是从西方一些发达国家引进了安全监测技术。结合实际情况，陆续的研发出了一写经典的检测系统，比如KJ2、KJ13、KJ38等监测系统[[3]。由于条件的限制，扩展性能、技术维护等方面还是不成熟，导致成本加大，维修工程大等问题。该阶段这些系统主要是通过地面上的主站、矿井下的分站、多种传感器和电缆来实现井下环境各参数的监测，并且由地面单微机监测已朝着网络化方向发展。1.3我国的矿井监测系统存在问题分析由于我国的煤矿监测技术起点低、起步较晚。总体而言，我国的矿井监测系统现阶段需要解决的难题如下：(1).人员安全的具体身

4、体状况无法检测。矿井安全主要体现在人员的健康状况，要确定井下人员的安全必须能将人员的身体状况监测到。(2).传感器不具备移动能力，且在节点少的情况下，一但出现节点失效，就会影响整个监测系统。(3).由于使用的是有线通信方式，导致在遇到线路障碍，会产生数据的丢失，系统可靠性就会满足不了要求,使其不能满足应用要求。。(4).网络扩展性差。(5).定位也是一大问题，由于矿下信号差，导致无法及时获取井下人员的及时情况。基于以上现状，建立符合要求的智能化可扩展监测系统是非常重要的，在矿井监测系统中引入新兴的无线传感器网络技术，实现对矿井环境的实时性、准确性监测，能够有效解决现代化矿井的上述问题。

5、1.4本文内容章节结构安排第一章为绪论，综述课题论文的背景和意义，国内外研究现状、概况，并给出了论文的章节内容和框架。第二章对整个监测系统总体的设计进行了大致的介绍，包括系统的设计目标和要求，系统的整体结构和无线传感器网络及其关键技术。第三章在分析矿井环境监测应用的基础上，分析了WSN节点的设计方法和要求，并且结合设计方法和要求研究了传感器节点大体的设计方案，同时分模块地对该系统各功能进行了分析和设计。第四章主要给出了检测系统软件程序的流程和实现，具体主要包含了主程序的设计、温湿度感知程序的设计以及子节点数据发送程序的设计。第五章使用MATLAB对该系统进行仿真，并对仿真的结果进行分析

6、。2系统总体设计2.1矿井环境监测系统需求分析矿井安全的重要的测控指标主要有环境信息，温度、湿度和瓦斯浓度。对井瓦斯浓度的检测，是矿井安全的一个重要的指标。瓦斯是矿井安全的大敌，其主要成分是以甲烷（CH4）为主的有害气体。瓦斯爆炸的最低极限虽为5%，但矿井情况复杂，有时会降到3%，为了保证安全、1%就停止作业。监测系统多为传统的有线线缆连接及布线，这成本不仅高而且操作不便。无线传感器检测网络，在瓦斯浓度超过1%时提出报警，同时矿井内部设置固定节点也能同时进行检测，并将信息汇总到网络协调器，最终由网络协调器传送到地面的监测中心进行监测。基于我国的煤矿监测技术起点低、起步较晚的弱点。检测系

7、统主要是由欧洲和美国引进。同时结合我国煤矿的实际情况改善了这些检测系统。经过实践表明，矿井安全监测系统是对煤矿安全生产和管理的重要屏障[4]。2.2系统的设计目标和要求2.2.1系统设计目标利用无线传感器网络技术对矿井内的化学有害气体以及物理因素进行监测，实现实时了解矿井内部环境，以此预防瓦斯爆炸、有害气体侵害矿井工作人员的事故发生、2.2.1系统设计要求(1).准确性(Accuracy)误差根据具体的环境条件控制在某一个范围之内，矿井内的情况