發(fā)布時間：2017-05-15 14:22

  本文關(guān)鍵詞：煤機(jī)裝備診斷自供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：采煤機(jī)裝備是目前煤炭行業(yè)綜合機(jī)械化采煤的重要工具,其工作效率、穩(wěn)定性和安全性是實(shí)現(xiàn)采煤工作面高效運(yùn)行和安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素�，F(xiàn)階段應(yīng)用在采煤機(jī)上的故障診斷設(shè)備大多數(shù)為有線方式,布線的復(fù)雜性可能帶來一定程度上的操作不便。如果采取市面上應(yīng)用廣泛的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)替代有線監(jiān)控設(shè)備在采煤機(jī)上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用,將會面臨無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電池續(xù)航能力不足問題。考慮到目前采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備的諸多局限性,本文提出了一種自供電式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng),該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用具有單懸臂梁結(jié)構(gòu)的振動式壓電能量收集器收集工作環(huán)境中的振動機(jī)械能為終端傳感器節(jié)點(diǎn)提供電能,基于ZigBee技術(shù)構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)振動狀態(tài)的在線實(shí)時監(jiān)測。在系統(tǒng)的研究與建立過程中,深入研究了單懸臂梁結(jié)構(gòu)振動式壓電能量收集器的工作原理;研究了壓電能量管理器的工作原理與設(shè)計方法;分析了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用的軟件框架Z-stack協(xié)議棧,主要包括MAC層帶有沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)建立與節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議和應(yīng)用層應(yīng)用框架與應(yīng)用對象;基于前期理論研究設(shè)計了終端傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件電路,包括微能源管理、數(shù)據(jù)采集處理和ZigBee無線射頻三大模塊;基于Z-Stack體系架構(gòu),對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計,包括終端傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和路由器。經(jīng)過自供電式節(jié)點(diǎn)樣機(jī)在環(huán)境模擬振動臺測試系統(tǒng)下的一系列測試,包括振動式壓電能量采集器的電學(xué)輸出性能測試、壓電式微能源管理模塊供電持久性測試和ZigBee無線射頻模塊通信可靠性和實(shí)時性測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本系統(tǒng)自供電持久性較強(qiáng),傳感器信號穩(wěn)定,無線數(shù)據(jù)收發(fā)實(shí)時可靠。憑借模擬采煤機(jī)的工作狀態(tài)與環(huán)境,初步實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)自供電的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在采煤機(jī)上的應(yīng)用,為采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向遠(yuǎn)程式、便捷式方向發(fā)展提供了重要支持。
【關(guān)鍵詞】：采煤機(jī) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 能量收集 遠(yuǎn)程式
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD632;TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 課題研究的背景及意義9
• 1.2 煤機(jī)裝備狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷9-10
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)10-14
• 1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介10-13
• 1.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在礦井監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用13-14
• 1.4 能量收集技術(shù)14-17
• 1.4.1 振動式壓電能量收集器簡介14-15
• 1.4.2 振動式壓電能量收集器的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.5 論文的選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容17-18
• 2 煤機(jī)裝備診斷自供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總設(shè)計方案18-26
• 2.1 自供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計原則與要求18-19
• 2.2 自供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計19-25
• 2.2.1 系統(tǒng)框架方案選取19-20
• 2.2.2 自供電式設(shè)計方案選取20-22
• 2.2.3 無線通信協(xié)議選取22-23
• 2.2.4 微處理器選取23-24
• 2.2.5 傳感器選取24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 3 煤機(jī)裝備診斷自供電無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計26-37
• 3.1 微能源管理模塊26-33
• 3.1.1 振動式壓電供能單元工作原理26-28
• 3.1.2 振動式壓電供能單元等效電路28-30
• 3.1.3 微能源管理電路工作原理30-33
• 3.2 數(shù)據(jù)采集處理模塊33-34
• 3.2.1 MSP430F5438處理器單元33-34
• 3.2.2 處理器單元與傳感器接口設(shè)計34
• 3.3 ZigBee無線通信模塊34-36
• 3.3.1 CC2530核心模塊電路設(shè)計35-36
• 3.3.2 處理器單元與無線模塊接口設(shè)計36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 4 煤機(jī)裝備診斷自供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件設(shè)計37-53
• 4.1 Z-Stack軟件架構(gòu)MAC層協(xié)議37-39
• 4.1.1 WSN中的MAC協(xié)議37-38
• 4.1.2 ZigBee MAC層的CSMA/CA機(jī)制38-39
• 4.2 Z-Stack軟件架構(gòu)NWK層協(xié)議39-41
• 4.2.1 ZigBee建立網(wǎng)絡(luò)與加入網(wǎng)絡(luò)39-40
• 4.2.2 ZigBee NWK層路由協(xié)議40-41
• 4.3 Z-Stack軟件架構(gòu)APL層協(xié)議41-42
• 4.3.1 ZigBee應(yīng)用框架41-42
• 4.3.2 ZigBee設(shè)備的發(fā)現(xiàn)與綁定服務(wù)42
• 4.4 ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計42-52
• 4.4.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置43-44
• 4.4.2 ZigBee協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計44-47
• 4.4.3 ZigBee終端傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計47-50
• 4.4.4 ZigBee路由器軟件設(shè)計50-52
• 4.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計驗(yàn)證52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 5 煤機(jī)裝備診斷自供電無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能測試53-58
• 5.1 振動式壓電能量采集器的電性能測試53-55
• 5.2 壓電式微能源管理模塊供電持久性測試55-56
• 5.3 無線模塊可靠性和實(shí)時性測試56-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 6 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 總結(jié)58
• 6.2 展望58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果64-65
• 致謝65-66

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：368038