矿山物联网节点的研究与开发

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继计算机、互联网及移动通信网发展之后,物联网这一崭新的概念,自提出以来向各个应用领域得到迅速发展,现已被公认为又一次世界信息产业的大浪潮。煤炭作为我国重要的能源之一,在国民经济发展中有着至关重要的地位。然而,在我国煤矿企业管理过程中,安全问题尤为突出。那么,将物联网这一新技术应用到煤炭等矿山工业中,以实现工业自动化及安全问题检测等,既能够满足经济效益的提高,又能保证生产过程的安全问题。但是,目前对于物联网技术这一新领域,仍存在很多尚未解决的问题。而且,随着网络拓扑结构的不断扩大,整个网络的数据吞吐量也会不断降低,这样既影响了网络通信质量,义不能满足网络通信信息的实时性。以矿山物联网无线节点开发为目标,针对网络吞吐量及频谱资源短缺等问题,提出了解决方案:为物联网中部分节点装配一个CC2430与一个CC2431射频模块,这样双射频节点就可以同时工作在不同的正交信道上,既能够实现频谱资源的空间复用、降低干扰,又可以显著提高网络的性能。本文介绍了双射频节点系统的研究与实现,对节点的性能进行了分析,结果表明,采用多射频技术方案能够显著提高网络的吞吐量等性能。同时,本文移植了Windows CE操作系统,使物联网节点增加了图像显示等附加功能,更加完善。最后,针对矿山实际应用的特殊场景,物联网节点应具备定位功能,本文利用一个无线模块CC2431内嵌的定位引擎,并结合改进的RSSI算法,估算两节点间的距离,得到三组待定位节点到参考节点的距离之后,再根据三边测量定位算法,最终获得待定位节点的位置信息。基于双射频的矿山物联网节点的实现,既增加了网络的吞吐量,一定程度上又节省了节点的能量损耗,增加了网络的寿命,改善了原来的无线传感网络性能。因此,在矿山网络应用中,有更好的实用价值。
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