【摘要】：煤礦瓦斯事故的防范一直是我國安全生產(chǎn)監(jiān)督管理工作的重中之重。目前我國煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)大多采用有線網(wǎng)絡(luò)的形式,存在布線困難、維護(hù)成本高、擴(kuò)展性差等問題,且煤礦井下環(huán)境錯綜復(fù)雜,容易產(chǎn)生監(jiān)測盲區(qū)。瓦斯氣體的主要成分是甲烷,因此設(shè)計一種組網(wǎng)方便、靈活性好且安全穩(wěn)定的煤礦甲烷濃度監(jiān)測系統(tǒng)意義重大。本文通過對現(xiàn)有甲烷檢測技術(shù)和短距離無線通信技術(shù)的分析研究,提出了一種基于Zig Bee無線通信技術(shù)的礦用紅外光譜吸收型甲烷濃度監(jiān)測系統(tǒng)的解決方案,分析了系統(tǒng)設(shè)計的主要功能和技術(shù)要求,對各Zig Bee節(jié)點及其外圍電路的硬件進(jìn)行了設(shè)計,通過軟件編程與調(diào)試完成了系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)由井下數(shù)據(jù)采集部分和井上監(jiān)控中心共同組成,實現(xiàn)對礦井中甲烷濃度數(shù)據(jù)的采集和處理,最終傳輸至井上監(jiān)控中心進(jìn)行顯示與操作。井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由終端、路由器和協(xié)調(diào)器三類Zig Bee節(jié)點組成,選取CC2530芯片作為處理器。終端節(jié)點的紅外甲烷傳感器負(fù)責(zé)檢測礦井環(huán)境中的甲烷氣體,將采集到的濃度電壓信號傳送給控制芯片,經(jīng)過處理后的信號以Zig Bee無線通信的方式傳輸?shù)铰酚善鞴?jié)點;路由器節(jié)點的主要作用是擴(kuò)展傳輸距離,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器,同時對收到的甲烷濃度信息進(jìn)行閾值判斷,若超過設(shè)定值系統(tǒng)將發(fā)出聲光報警;協(xié)調(diào)器節(jié)點主要負(fù)責(zé)構(gòu)建和維護(hù)Zig Bee無線網(wǎng)絡(luò),將所有終端信息打包,通過相應(yīng)的串口發(fā)送至井上監(jiān)控中心的上位機(jī),方便工作人員查看與操作。井上監(jiān)控中心通過上位機(jī)軟件的開發(fā)實現(xiàn),主要功能為實時顯示各監(jiān)測點的甲烷濃度、查看濃度變化曲線、設(shè)置報警閾值等。該系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試實現(xiàn)了甲烷濃度數(shù)據(jù)的采集,對濃度低于2%的甲烷氣體檢測誤差不超過0.1%,通過對各部分功能的測試分析,驗證了系統(tǒng)具有較高的可行性。
【圖文】：

持 2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee 協(xié)議，內(nèi)部集成了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型 8051CPURF（Radio Frequency，射頻）收發(fā)器、256KB 可編程閃存、8KB RAM、1 個 1位定時器、2 個 8 位定時器、2 個支持多種串行通信協(xié)議的 USART（UniversSynchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/異步串行接收/發(fā)送器）、8 個可配置分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，以及 21 個可編程通用 I/O 引腳，具有豐富的硬件資源。CC2530 在休眠狀態(tài)時電流為 0.3μA，最高發(fā)射功率是 4.5dBm工作電壓在 2.5-3.3V 之間，具有低功耗的特點[44]。圖 3-2 為 CC2530 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，主要可分為三部分：CPU 及其內(nèi)部存儲相關(guān)模塊，，外設(shè)、時鐘和電源管理相關(guān)模塊，無線信號收發(fā)相關(guān)模塊[45]。

圖 3-3 CC2530 最小系統(tǒng)電路Fig.3-3 The smallest system of CC2530（2）晶振電路CC2530 包含有兩個不同頻率的晶振電路，其中頻率為 32MHz 的晶振電一個 32MHz 的石英振蕩器 XTAL1 和兩個 22pF 的負(fù)載電容（C221 和 C23成，主要功能是給處于正常工作模式的 CC2530 芯片提供外部時鐘源；頻 32.768KHz 的晶振電路是可選電路，由一個 32.768KHz 的振蕩器 XTAL2 個 15pF 的負(fù)載電容（C321 和 C331）組成，負(fù)責(zé)為 CC2530 芯片提供精準(zhǔn)頻時鐘源，主要用于要求非常低的睡眠電流消耗和精確喚醒時間的應(yīng)用。電路圖如圖 3-4 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD712.55

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃俊杰;;短距離無線通信技術(shù)及其融合發(fā)展[J];通訊世界;2015年16期

2 Jen-Jee Chen;Zheng-Xun Jiang;Yue-Liang Chen;Wen-Tai Wu;Jia-Ming Liang;;Design and Realization of an NFC-Driven Smart Home System to Support Intruder Detection and Social Network Integration[J];Journal of Electronic Science and Technology;2015年02期

3 Zimu Zhou;Chenshu Wu;Zheng Yang;Yunhao Liu;;Sensorless Sensing with WiFi[J];Tsinghua Science and Technology;2015年01期

4 Guangzhu Chen;Qingchun Meng;Lei Zhang;;Chain-type wireless sensor network node scheduling strategy[J];Journal of Systems Engineering and Electronics;2014年02期

5 郭濤;閆明明;鮑愛達(dá);;Wireless sensor network based on CC2530[J];Journal of Measurement Science and Instrumentation;2013年03期

6 袁超;;煤礦安全監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展展望[J];科協(xié)論壇(下半月);2013年04期

7 黃麗軍;;基于ZigBee技術(shù)的簡單無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究[J];電腦知識與技術(shù);2013年06期

8 徐健;楊珊珊;;基于CC2530的ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點設(shè)計[J];物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);2012年05期

9 陳志濤;;淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J];計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用;2012年09期

10 李潤求;施式亮;念其鋒;蔣敏;;近10年我國煤礦瓦斯災(zāi)害事故規(guī)律研究[J];中國安全科學(xué)學(xué)報;2011年09期

本文編號：2596564