基于wsn的煤矿安全监控系统研究与开发

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1、分类号：密级：UDC：编号：201231403017河北工业大学硕士学位论文基于WSN的煤矿安全监控系统研究与开发论文作者：夏浩瑄学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：电气工程指导教师：刘子胥职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringRESEARCHANDDEVELOPMENTOFCOALMINESAFETYMONITORINGSYSTEMBASEDONWSNbyXiaHaoxuanSupervisor:Prof

2、.LiuZixuDecember2014河北工业大学硕士学位论文摘要煤炭是中国能源结构中的主体能源。煤炭开采过程中，采掘工作面温度、湿度和瓦斯浓度等环境信息的实时监控是影响煤矿生产安全的重要因素。本文依托“开滦（集团）有限责任公司煤矿安全生产重大技术升级攻关项目”，开发出基于无线传感器网络（WSN）的煤矿安全监控系统。有效解决因采用有线方式传输所带来的布线复杂、维护成本高、监测盲区等问题，实现煤矿井下温湿度和瓦斯浓度的无线监控要求，降低了煤炭开采过程中事故发生概率，提高了煤矿生产安全性。根据项目要求和煤矿安全监控相关资料，本文首先设计出基于WSN技术的监控系统整体框架结

3、构；其次分析研究了ZigBee无线通讯协议及无线传输芯片CC2530的功能和特点，并对所需传感器和相关元件选型；进一步完成监控系统中网络协调器节点、路由器节点、终端节点三部分硬件电路搭建和软件程序设计，构建出完整的无线监控系统模型。为确保本次开发的监控系统模型能真正应用到煤矿实际生产中，将此系统模型放在煤矿实际环境中测试：首先利用串口调试软件和Z-SensorMonitor网络监控软件，对系统网络组建和各节点间无线通信等基本功能测试，并将监控过程动态显示；其次通过具体性能测试，评估和分析出本系统最大可靠传输距离。通过实地测试及性能分析结果，表明本系统能够实现煤矿井下温、

4、湿度和瓦斯浓度的无线监控要求，该系统的开发为煤矿井下布局完整的无线监控网络奠定了基础，提高了煤矿生产安全性。关键词：煤矿安全，监控系统，CC2530，无线传感器网络，ZigBeeI基于WSN的煤矿安全监控系统研究与开发ABSTRACTCoalisthemainenergyintheenergystructureofChina.Intheprocessofcoalmining,environmentalinformationwasthekeyfactorforsafety,suchasthetemperature,thehumidity,gasconcentrationa

5、ndsoon.ThecoalminesafetymonitoringsystembasedonWirelessSensorNetwork(WSN)wasdevelopedsupportedbyKailuanco.,LTDmajortechnicalupgradeproject.Itcaneffectivelysolvecablingdifficulty,highmaintenancecostsandmonitoringwithblindspotbywiringtransmissionmode,reducetheaccidentprobability,andimprove

6、thesafetyincoalmine.Accordingtotheprojectrequirementsandrelevantinformationofcoalminesafetymonitoring,firstly,thecoalminesafetymonitoringsystembasedonWSNwasdesigned.Secondly,theZigBeewirelesscommunicationprotocolandfunctionsandthechipCC2530wereanalyzed,thentheneededsensorsandrelatedcompo

7、nentswereselected;Finally,awirelessmonitoringsystemwereestablishedthroughthehardwarecircuitsandsoftwareprogramsofnetworkcoordinatornodes,routers,terminalnodeswereobtained.Toensureitcanbeappliedtothecoalmineinpracticalproduction,themonitoringsystemwastestedinthecoalmineenv