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1、煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)??茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步和煤礦安全生產(chǎn)的需要,推動(dòng)著煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。但傳統(tǒng)的煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在許多弊端,已不能滿足新時(shí)代煤礦開采的需求。
本文在校企合作項(xiàng)目“煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”研究基礎(chǔ)上,以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用為背景,并針對(duì)當(dāng)前煤礦監(jiān)控系統(tǒng)存在的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)少、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展難、實(shí)時(shí)穩(wěn)定性差、通信技術(shù)落后等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一套基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)和基站兩個(gè)主要
2、部分來(lái)完成監(jiān)測(cè)功能,其中傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)環(huán)境數(shù)據(jù)采集,基站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸與處理。傳感器節(jié)點(diǎn)與基站的數(shù)據(jù)通信,通過(guò)一種靜態(tài)無(wú)線路由通信方式實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用無(wú)線與CAN總線雙重覆蓋的數(shù)據(jù)傳輸體系,并將無(wú)線技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合在一起。這種設(shè)計(jì)方式打破傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布線限制,增強(qiáng)了系統(tǒng)布網(wǎng)靈活性及網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性,提高了數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性,為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障。本文創(chuàng)新點(diǎn)有:
(1)通過(guò)硬件開關(guān)電路設(shè)計(jì)及軟件能量動(dòng)態(tài)管
3、理方式,使得傳感器節(jié)點(diǎn)在一次采集工作完成后,MCU及無(wú)線芯片即時(shí)進(jìn)入低功耗睡眠狀態(tài),各傳感器供電電路與A/D參考電源電路即時(shí)斷開,實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的極低功率消耗。
(2)考慮實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的芯片選型、電路設(shè)計(jì)及尺寸大小進(jìn)行成本規(guī)劃控制,保障基站和傳感器節(jié)點(diǎn)的低成本設(shè)計(jì)。在對(duì)高頻 PCB電磁兼容性進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上,將相關(guān)高頻電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到煤礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,保障基站和傳感器節(jié)點(diǎn)在礦井復(fù)雜工作環(huán)境下的穩(wěn)定性;
4、
(3)為實(shí)現(xiàn)基站的多任務(wù)調(diào)度管理,向基站MCU中移植一個(gè)μC/OS-II系統(tǒng),保障了基站運(yùn)行的高實(shí)時(shí)性與高穩(wěn)定性。針對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸單一通信方式存在的網(wǎng)絡(luò)擁堵、線路依賴等問(wèn)題,采用CAN總線與無(wú)線雙重覆蓋的數(shù)據(jù)傳輸體系,提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性及布網(wǎng)靈活性;
(4)針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)及基站安裝位置固定的特性,提出一種靜態(tài)無(wú)線路由通信方式,傳感器節(jié)點(diǎn)可自由加入或退出網(wǎng)絡(luò),增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性與可維護(hù)性。在結(jié)合煤礦巷
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