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矿井中的瓦斯检测问题,历来是影响煤矿安全的重大问题,它已经给国家和人们的生命安全造成了重大损失。及时、准确地对瓦斯进行实时监测在煤矿安全生产系统中显得非常重要,而要实现瓦斯的连续动态监测,除了高灵敏度的瓦斯传感器外,还必须具备承担数据采集和传输的智能化、无线化远程监测系统。
本文设计了一种低功耗、低成本的Zigbee无线传感器网络智能矿井瓦斯监测系统,并对该方案中所涉及的关键技术、系统构架、各部分功能实现,进行了深入研究。主要做了工作:
1)分析了当今矿井瓦斯智能监测系统的发展,以及有线传输方式对系统发展产生的制约,对比几种无线传输技术的特性,简要分析了Zigbee无线传感器网络技术引入井下瓦斯监测系统国内外的研究状况。
2)对Zigbee无线网络协议进行了阐述,说明了IEEE 802.15.4网络协议的标准,分析了Zigbee协议的网络拓补结构,探讨了Zigbee无线网络技术在矿井瓦斯监测中应用的优越性。
3)设计了矿井瓦斯监测中无线数据传输的Zigbee方案,并对系统各个部分的功能及电路设计进行了介绍。重点介绍了系统MCU微处理器的应用;Zigbee模块AT指令的开发应用;无线数据传输模块单元的具体设计与实现;及监测系统外围扩展电路的设计与实现。
4)完成了监测系统各个单元的软件设计和上位机软件设计,利用相关的通信协议和数据传输格式编写出监测中心的应用软件。最后对系统网络的传输性能进行了实验测试,结果表明该系统在空旷区传输距离小于70m时,误码率小于0.33%,完全可以实现对瓦斯传感器采集数据的无线准确传输,是一种非常有效的矿井瓦斯智能监测系统。