煤矿井下无线传感器网络原型系统设计

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1、哈尔滨下程大学硕士学位论文摘要目前，国内的煤矿安全和生产监控等各种信息采集和传输网络，基本上都是采用分支树型的主从式结构。这种方式存在着诸如有线传感器接入不灵活、在煤矿工作面实现跟进不方便等缺点，成为井下信息监控网络应用的瓶颈。无线传感器网络是临时性自治网络，由带有无线收发装置的移动终端组成，终端间的通信是通过数据分组在节点间进行多跳传递实现的。本文通过井下无线传感器网络的设计，为煤矿井下数据采集和节点定位提出一种新的解决方案。通过对煤矿井下环境的研究，结合应用需求，针对部署环境设计了整个系统的体系结构。进行了以ARM7处理器LPC2103

2、为核心的MCU板的设计、无线数据通信模块的集成与应用、以AD8361为核心的信号强度测量模块的设计。并对软件的体系结构进行划分并对个功能模块进行划分和设计。对现有的无线传感器网络路由协议进行分析比对，通过对本系统需求的分析，选择适合本系统的路由协议，并进行模拟实验。提出了适合于本原型系统的二次应答按需路由协议，采用这种协议可以做到协议简单，容易实现，在原型中予以采用。通过对现有测距和定位技术的分析比对，结合系统应用的实际情况，设计了利用信号强度进行测距的方案，并采用了三边定位算法，通过较小的系统开销，进行节点定位，并获得了满足实际需求的定位

3、精度。通过对整个原型系统的体系结构设计，功能模块划分，节点硬件设计，定位算法的选择与实现，路由协议的对比选择与实现，完成了煤矿井下无线传感器网络原型系统的设计。关键词：煤矿安全；无线传感网：无线路由协议；ARM单片机：节点定位哈尔滨工程大学硕士学位论文AbstractAwirelesssensornetwork(WS№isawirelessnetworkconsistingofspatiallydistributedautonomousdeviceswhichusesensorstocooperativelymonitorphysicalo

4、renvironmentalconditions，suchastemperature，sound，vibration,pressure，motionorpollutants，atdifferentlocations．ThedevelopmentofwirelesssensornetworksWaSoriginallymotivatedbymilitaryapplicationssuchasbattlefieldsurveillance．Asthenetworkinstallatminepit．Wirelesssensornodesdepos

5、itedatminepitprovidelight，temperature，andactivitymeasurements．TherearemanyvariedapplicationsforWSNsatminepit．Theyareusedinindustrialapplicationstomonitordatathatwouldbedifficultorexpensivetomonitorusingwiredsensors．Theycouldbedeployedinwildernessareas，wheretheywouldremainf

6、ormanyyearswithouttheneedtorechargetheirpowersupplies．Theycouldformaperimeteraboutaproper哆andmonitortheprogressionofintruders．TherearemanyusesforWSNs．Thesystem'sarchitectureofWSNsisdesigned．Itisbaseapplicationdemandatminepit．Anddesignthenode’ShardwarethatbaseARM7processorL

7、PC2103astheMCUboard．Anotherboardincludewirelesscommunicationmoduleandsignalstrengthsurveymodule．Thesoftware’Sarchitectureandfunctionalmodulealedesigned．．Wirelessnodesattachedtocircuitsorappliancessensethecurrentorcontroltheusage．Togethertheyformadynamic，multi-hop，routingne

8、tworkconnectingeachnodetomorepowerfulnetworksandprocessingresources．Wirelesssensornetwork