煤礦井下?tīng)恳W(wǎng)絡(luò)雜散電流測(cè)定儀設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告

1、課題背景及意義,國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀標(biāo)題,單擊此處添加標(biāo)題,課題難點(diǎn),課題的設(shè)計(jì)方案題,課題的經(jīng)費(fèi)來(lái)源,課題進(jìn)度安排標(biāo)題,課題的預(yù)期目標(biāo),1.研究的背景及意義,1.1選題的背景,1.研究的背景及意義,雜散電流對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重威脅，煤礦井下雜散電流及其防治問(wèn)題一直受到人們的重視。,某煤礦發(fā)生瓦斯突出，電機(jī)車(chē)架線火花引起爆炸,雜散電流是隨機(jī)事件而且是連續(xù)變化的量，因此要使用一種專用的雜散電流測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)量。這種雜散電流測(cè)定儀應(yīng)具有測(cè)量、記憶

2、、計(jì)算、顯示和報(bào)警的功能。其量程可為0～1 000mA。,煤礦井下?tīng)恳W(wǎng)絡(luò)雜散電流防治技術(shù)規(guī)范MT 670,1.研究的背景及意義,1.研究的背景及意義,目前國(guó)內(nèi)煤礦的生產(chǎn)環(huán)境一般采用在礦井下鋪設(shè)通信線路，傳遞檢測(cè)信息，這樣一來(lái)成本很高，而且隨著生產(chǎn)過(guò)程中礦井結(jié)構(gòu)在不停變化，加之有些坑道空間狹小，對(duì)通信線路的延伸和維護(hù)提出了更高的要求，一旦通信線路發(fā)生故障，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就可能癱瘓。針對(duì)井下煤礦生產(chǎn)所面臨的易腐蝕、易爆、電磁環(huán)境惡劣、災(zāi)后人

3、員搜救困難等情況，采取新的技術(shù)手段來(lái)提高煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控，提高災(zāi)后救援效率具有非常重要的意義。,1.研究的背景及意義,1.2選題的意義,雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)有針對(duì)礦井下雜散電流采集的儀器，但都是單個(gè)地點(diǎn)采集，而且采集的時(shí)間和人員受多方面限制，不能做到24h在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。,1.研究的背景及意義,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)，綜合了傳感器、嵌入式計(jì)算、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信和分布式信息處理等技術(shù)，能夠通過(guò)各

4、類集成化的微型傳感器協(xié)同完成對(duì)各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集，將這些信息通過(guò)無(wú)線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端。以無(wú)線方式在線監(jiān)測(cè)煤礦井下雜散電流，對(duì)安全生產(chǎn)具有重要作用。,2.課題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài),2.課題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,2.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài),在國(guó)內(nèi)方面，對(duì)于WSN的研究和應(yīng)用工作雖然還處于起步階段，但我國(guó)政府高度重視和支持對(duì)WSN的研究，相繼啟動(dòng)了很多研究項(xiàng)

5、目。一些科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)己經(jīng)相繼開(kāi)展了在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究工作，研究范圍涵蓋了無(wú)線傳感器結(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)、節(jié)能技術(shù)、覆蓋控制技術(shù)等，并初步取得了一些研究成果。,2.課題的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,2.2雜散電流檢測(cè)儀器國(guó)外研究動(dòng)態(tài),3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.1.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能,3.1.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì),,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,下列地點(diǎn)的雜散電流值應(yīng)不大于60mA： 1.采區(qū)內(nèi)各巷道中的軌

6、道對(duì)總接地網(wǎng)間； 2.采煤工作面內(nèi)的金屬網(wǎng)假頂對(duì)總接地網(wǎng)間； 3.采區(qū)內(nèi)上、下山的軌道與運(yùn)輸大巷連接處的第二道絕緣夾板相連接的軌道對(duì)總接地網(wǎng)間； 4.掘進(jìn)工作面與掘進(jìn)巷道內(nèi)任何地點(diǎn)的軌道對(duì)總接地網(wǎng)間； 5.掘進(jìn)巷道的軌道與運(yùn)輸大巷連接處的第二道絕緣夾板處的軌道對(duì)總接地網(wǎng)間； 6.采區(qū)煤倉(cāng)對(duì)軌道間； 7.井下爆炸材料庫(kù)鐵門(mén)對(duì)軌道間,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.2雜散電流檢測(cè)方法,1,2,4,

7、3,5,6,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,,擬采用干擾探針測(cè)試方法與管地電位檢測(cè)方法結(jié)合起來(lái)監(jiān)測(cè)井下雜散電流，再結(jié)合霍爾傳感器的不失真?zhèn)鬏旊娏鞑ㄐ翁匦?，可以真?shí)的反映出井下雜散電流狀態(tài)，且容易形成網(wǎng)絡(luò)化，方便靈活的增加監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.3.1路由節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)硬件,,,路由節(jié)點(diǎn)硬件,終端節(jié)點(diǎn)硬件,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.3.2終端軟件設(shè)計(jì),,,,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.3.3協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)硬件,,由無(wú)線模塊與STM3

8、2 F103核心板共同構(gòu)成了該網(wǎng)關(guān)的底層硬件平臺(tái)，網(wǎng)關(guān)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)串口通信。,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.3.4協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì),,3.課題擬采取設(shè)計(jì)方案,3.3.5網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì),,,4.課題研究難點(diǎn),檢測(cè)電路的本質(zhì)安全方案設(shè)計(jì) 擬采取解決辦法是：根據(jù)防爆單位提供的“本質(zhì)安全參量臨界曲線”對(duì)電路中采用的儲(chǔ)能元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和保護(hù)。對(duì)整個(gè)電路最關(guān)鍵的供電部分，采用2節(jié)5號(hào)干電池供電，工作電壓為3V (2.7~3.6V)。根據(jù)電阻性

9、電路的本質(zhì)安全要求，以電池的最大短路電流作為衡量電源本質(zhì)安全性能的基準(zhǔn)，串加限流電阻或者可恢復(fù)保險(xiǎn)絲限流來(lái)保證本質(zhì)安全性。,4.課題研究難點(diǎn),(2) 雜散電流檢測(cè)中，對(duì)于微弱電流信號(hào)的檢測(cè)問(wèn)題 擬采取解決辦法是：由于煤礦井下雜散電流包含直流雜散電流和交流雜散電流，針對(duì)直流雜散電流，可以采取同時(shí)測(cè)量不同參考電壓值的轉(zhuǎn)換結(jié)果，取換算后得到最接近參考電壓的值；對(duì)交流雜散電流，采用霍爾電流傳感器，設(shè)置不同電流放大倍數(shù)，根據(jù)同時(shí)采取到的結(jié)

10、果求平均值，選取與平均值最接近的測(cè)量結(jié)果。,4.課題研究難點(diǎn),(3)如何消除由參比電極和被測(cè)金屬所在位置的地電場(chǎng)不均勻性造成IR降(IR降：當(dāng)參比電極與被測(cè)金屬之間有電阻并有電流流動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生) 擬采取解決辦法是：如果同時(shí)用兩個(gè)參比電極去測(cè)同一個(gè)金屬管路，則兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)中包含的IR將成分將與兩電極到測(cè)試端子之間的距離成線性關(guān)系。通過(guò)一定的數(shù)據(jù)處理手段即可得到IR降誤差消除后的金屬管路極化電位數(shù)據(jù)。,4.課題研究難點(diǎn),(4) 數(shù)據(jù)

11、經(jīng)由井下向井上傳播時(shí)，在出井口附近節(jié)點(diǎn)可能會(huì)遇到數(shù)據(jù)不停的傳輸，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)通道擁堵，遭遇數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。 擬采取兩種方法解決，第一是通過(guò)在井口附近放置較多路由節(jié)點(diǎn)，讓數(shù)據(jù)從不同的路由節(jié)點(diǎn)傳出井口；第二就是通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮的方式，然后打包封裝發(fā)送。,5.課題預(yù)期目標(biāo),（1）設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)交直流雜散電流的檢測(cè)。（2）組建ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。（3）設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)和TCP/IP通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。（