基于WSN的钨矿尾矿库安全监测预警系统的研究与设计

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lm20090910
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钨矿尾矿库是维持钨矿矿山正常生产的必要设施,也是钨矿的重大危险源,对钨矿尾矿库的安全监测预警成为人们关注的热点之一。传统的钨矿尾矿库安全监测多采用人工观测和有线传输的形式,测量周期长、效率低,监测数据实时性不高。现场有线传输存在安装和维护成本高、布线复杂且极易损坏、传输距离受到一定的限制等缺陷。近年兴起的无线传感器网络技术由于其生存能力强、精确性和可靠性高、动态自组网方式、可扩展性强、低功耗等优点,能很好解决当前钨矿尾矿库安全监测存在的问题。本文结合国家自然科学基金项目的研究内容,提出将无线传感器网络应用到钨矿尾矿库的安全监测预警中,重点进行了系统总体方案设计、簇树型组网路由算法改进、传感器节点软硬件系统的设计及上位机管理系统的开发:(1)首先针对钨矿尾矿库的现状、特点和安全监测要求,研究尾矿库的主要危害形式,确定安全监测系统需要监测的主要指标参数,根据尾矿库的实际情况合理布置监测点,完成系统的总体方案设计。(2)针对钨矿尾矿库监测预警系统实际需求,从优化网络路径、均衡网络能量、增加网络数据传输量等方面对Cluster-Tree路由算法进行改进,增强了无线ZigBee网络的数据传输能力及稳定性。(3)采用低功耗CC2530片上系统作为微处理器及无线通信单元完成无线传感器网络节点的硬件系统设计,针对无线传感器网络节点能量受限的不足,设计基于太阳能电池组、超级电容和锂电池混合的传感器节点供电方式。(4)在ZigBee2007协议栈的集成环境中完成三类节点的无线组网、数据交互、串口通信等软件设计。以LabVIEW为开发工具设计上位机管理系统,实时采集并以图表形式显示监测点数据,当采集到的监测参数值超过预设的安全阈值时进行声光报警。后台数据库采用数据库管理系统SQLServer2005进行了数据库表结构的设计,实现监测数据的存储、查询报表、打印等功能。(5)研究运用支持向量机回归(SVR)算法对监测参数建立数据预测模型。通过LabVIEW后面板调用Matlab软件作为中间运算层,对具体监测参数建立相应的SVR算法模型进行数据预测,SVR回归模型的平均误差为0.1%,误差波动范围小于BP神经网络,预测精度较高,符合钨矿尾矿库安全运行要求。
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