【摘 要】
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我国大小煤矿众多且煤矿安全事故频发,井下地质环境复杂且长带状巷道众多,针对当前煤矿环境有线监测系统存在扩展性差,成本高,维护难的缺陷,以无线传感器网络替代有线通信网络设计煤矿各类监测系统已成为当下热门研究之一,针对WSN节点能量受限且无法充电的特性,设计一种能量高效的路由协议对于延长监控系统的寿命具有重要意义,本文从平衡传感器节点能耗入入手,设计了一种以Zigbee技术为主的井下环境信息监测系统,
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我国大小煤矿众多且煤矿安全事故频发,井下地质环境复杂且长带状巷道众多,针对当前煤矿环境有线监测系统存在扩展性差,成本高,维护难的缺陷,以无线传感器网络替代有线通信网络设计煤矿各类监测系统已成为当下热门研究之一,针对WSN节点能量受限且无法充电的特性,设计一种能量高效的路由协议对于延长监控系统的寿命具有重要意义,本文从平衡传感器节点能耗入入手,设计了一种以Zigbee技术为主的井下环境信息监测系统,主要研究内容如下:1)针对煤矿井下巷道长带状的WSN网络结构,将非均匀分簇算法和蚁群算法有效结合,提出一种基于蚁群优化的非均匀分簇路由协议,该协议在分簇阶段结合了LEACH和EEUC算法的优缺点,加入能量因子以及网络密度用于调整簇首选举概率阈值公式和竞争半径公式,建立路由和数据传输节点采用了优化的蚁群算法,以簇内调整的方式重新选举簇首,节约了重新选举簇首的能量。仿真结果表明,改进协议的簇首生成数量稳定,网络周期更长,能耗性能更佳。2)基于煤矿井下安全生产设计一种使用Zigbee技术的井下环境监测系统,利用无线网络替代有限网络使采集节点不受电缆限制,系统功能主要包括环境信息采集、信息存储、信息实时传输以及数据实时显示等。硬件设计方面研究了两种类型的网络节点的结构及相应电路设计;软件设计方面则是基于IAR Embedded Workbench IDE开发平台完成系统各个模块的软件开发。最后对系统的通信性能、采集功能以及监测功能进行测试,结果表明设计的系统功能基本能满足井下环境信息监控的需求。图 [50] 表 [11] 参 [56]
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