基于ZigBee技术的煤矿井下环境参数检测仪的设计

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摘要：近几年，我国煤矿安全事故频发，造成了一定的人员伤亡和经济损失，这和我国相对落后的煤矿安全技术有着莫大的关系。因此开发组网灵活、扩张性强、安全可靠的煤矿安全无线监控系统具有实用价值。文章深入研究了煤矿井下环境检测系统的实现方式，提出了一种基于ZigBee无线传感器网络井下环境检测系统，该系统连接了ZigBee通信模块和多功能型嵌入式以太网串口数据转换模块，实现了ZigBee协议与以太网协议的转换，实现对温度、湿度、瓦斯浓度等数据检测。57011

毕业论文关键词：煤矿井下环境，ZigBee，无线传感网络

Abstract:In recenty years, the accidents which were happened in the coal mine in our country are every frequent, and these accidents caused so many casualties and economic losses. These accidents have a great relationship between the backward of the coal mine-safety technology in our country. So it is imperative to develop flexible networking and expansionary strong, safe and reliable wireless monitoring system of coal mine safety. The article research the way in which the coal mine environment detection system is implemented, and put forward a downhole environment detection system which was based on wireless sensor network named ZigBee. The system connects the ZigBee communication module and multiple functional embedded Ethernet serial data conversion module, and implements the transition of the ZigBeeprotocol and Ethernet. The system also can implement some data detections, such as temperature, humidity, gas density.

Keywords: the coal mine environment detection,ZigBee,wireless sensor network

1 前言 3

1.1 研究背景及意义 3

1.2 国内外煤矿井下环境检测系统发展概况 4

1.3 本文主要研究内容 5

2 ZigBee技术综述 5

2.1 ZigBee技术介绍 5

2.2 ZigBee协议分析 6

3 煤矿井下环境检测系统方案 6

3.1 系统结构 6

4 煤矿井下环境检测系统硬件电路设计 8

4.1 传感器模块 8

4.2 无线收发模块 11

4.3 系统抗干扰设计 13

5 煤矿井下环境检测系统软件设计 13

5.1 ZigBee无线通讯协议及技术规范 13

5.2 温湿度传感器程序 15

5.3 移动结点软件设计 15

6 系统性能测试 17

6.1 系统硬件测试 17

6.2 系统软件测试 17

结论 18

参考文献 19

致谢 20

1 前言

1.1 研究背景及意义

矿井下的情况是相当复杂的，巷道内的温度、湿度、瓦斯气体等含量、都对工作人员的身体健康和生命安全有重要的影响。对这些参数的检测具有实用价值，可为灾前预警、灾时营救提供精确的信息保证，为灾后事故追忆与责任认定提供客观的依据和准则[1]。当前现有的井下环境检测系统多数以工业总线为基础，形成有线的通讯传输网络，有线的检测方式存在一定的局限性，扩展性能差，布线繁琐。有线形式的环境安全检测系统，当其中某一小段线路出现损坏，就会直接促使检测范围内部分网络失去其原有的检测功能，有线方式连接，线路容易老化或遭到腐蚀、磨损，故障发生率高，误报警率高。本文设计研究了基于ZigBee技术的煤矿井下环境无线网络检测系统的设计方案，不但能够与有线网络的检测相互补充，而且还能实现井下环境安全检测全覆盖，还能随着采矿不断的延伸，降低了布线难度，减少了成本，加强了数据安全性和稳定性。在ZigBee无线网络覆盖范围内，可以接入各种不同类型的传感器或检测设备，对环境参数进行实时检测。