【摘 要】
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近年来,矿井下灾难事故频繁发生,为了保障井下作业人员的安全,需要对井下环境参数进行监测,其中温湿度是井下环境参数中非常重要的指标。对于井下环境下有线网络部署成本高、难度大等问题,无线自组网技术为井下温湿度监测提供了新的技术方案,实现对井下温湿度的低成本、快速部署,以实现实时监测。本文基于此背景,采用LoRa技术与无线自组网相结合的方案,实现了一种低成本、低功耗、易于维护的井下温湿度监测系统,保证井
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近年来,矿井下灾难事故频繁发生,为了保障井下作业人员的安全,需要对井下环境参数进行监测,其中温湿度是井下环境参数中非常重要的指标。对于井下环境下有线网络部署成本高、难度大等问题,无线自组网技术为井下温湿度监测提供了新的技术方案,实现对井下温湿度的低成本、快速部署,以实现实时监测。本文基于此背景,采用LoRa技术与无线自组网相结合的方案,实现了一种低成本、低功耗、易于维护的井下温湿度监测系统,保证井下温湿度数据实时监测以及稳定传输。论文所做主要研究如下:（1）对井下无线信号传输特性进行分析,在分析对比不同的无线技术的基础上,选用具有远距离、抗干扰性强、低功耗的LoRa通信技术,分析其特点及在井下应用的优势,为LoRa通信方案提供了理论分析基础。（2）提出井下LoRa自组网方案,首先分析了井下环境所适用的Mesh长链结构的组网方案,针对该方案所应用的PEGASIS协议由于长链过长会导致网络时延太大,领导节点负载过重等缺点,提出了TSCP协议,解决长链过长的问题,并通过仿真实验,验证了改进后性能的优化。结合此协议,形成本文的自组网结构。（3）结合论文提出的自组网方案,对系统组网进行了设计实现,并针对组网成功后的节点进行数据传输时的冲突问题,提出分配固定时间片的方法,利用时间同步机制再结合本文的应用场景,保证温湿度数据正常上传。根据组网整体通信流程中各实现环节,设计不同类型的报文,对报文的组成进行详细分析与处理。最后对系统组网性能进行测试,包括LoRa节点模块点对点通信距离测试、温湿度采集及传输测试、组网能力测试,并分析了测试结果。测试结果表明了本文设计的井下温湿度监测系统具有覆盖范围广、易维护、组网灵活等特点,证明了设计的无线自组网具有自愈修复能力,实现了对温湿度数据采集和稳定传输。
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