煤礦應(yīng)急救援無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文針對(duì)煤礦井下重大災(zāi)變應(yīng)急救援傳感器節(jié)點(diǎn)存在的抗災(zāi)性差，且災(zāi)變后信息難以獲取等問(wèn)題，以構(gòu)建適應(yīng)煤礦災(zāi)變應(yīng)急救援的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)為目標(biāo)，緊密結(jié)合煤礦井下的災(zāi)變特征，對(duì)煤礦應(yīng)急救援無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究。本論文完成的主要工作如下：
　?。?）建立了煤礦應(yīng)急救援無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的災(zāi)變通信模型。首先根據(jù)煤礦災(zāi)變后的地理環(huán)境特征，提出了煤巖覆蓋下的電磁波通信模型，并對(duì)433MHz和2.4GHz頻段下的電磁波在煤層中的傳輸特性展開(kāi)分析

2、。分析結(jié)果表明電磁波在該災(zāi)變模型下的吸收常數(shù)在低頻段變化趨勢(shì)比較明顯，在高頻段趨于常數(shù)，且吸收常數(shù)與煤層電導(dǎo)率成正比，與圍巖電導(dǎo)率成反比。理論計(jì)算得出，電磁波在煤層中傳輸距離遠(yuǎn)大于正常巷道中節(jié)點(diǎn)部署的間距和通信覆蓋范圍，因此電磁波能夠保證煤巖覆蓋下節(jié)點(diǎn)之間的正?？煽客ㄐ?。
　?。?）設(shè)計(jì)了煤礦應(yīng)急救援無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)功能性硬件并對(duì)其節(jié)點(diǎn)功能展開(kāi)測(cè)試。首先提出了無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的功能性硬件架構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊、

3、兩個(gè)通信模塊和供電模塊，并對(duì)各模塊進(jìn)行元件選型和電路設(shè)計(jì)，提出相應(yīng)的電路抗干擾措施，根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路繪制節(jié)點(diǎn) PCB板，完成節(jié)點(diǎn)電路板實(shí)物制作；緊接著對(duì)節(jié)點(diǎn)展開(kāi)硬件功能測(cè)試，利用 LABVIEW設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)硬件測(cè)試上位機(jī)軟件，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了射頻切換控制算法，解決了節(jié)點(diǎn)間射頻切換同步性問(wèn)題；最后開(kāi)展硬件功能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了射頻切換控制算法和節(jié)點(diǎn)測(cè)試上位機(jī)軟件的可行性，也進(jìn)一步說(shuō)明所設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)滿足功能要求。
　?。?）設(shè)計(jì)了煤礦應(yīng)急救

4、援無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)抗災(zāi)保護(hù)裝置，并且在災(zāi)變的三種工況下對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行可靠性理論分析。主要包括自由落體分析、巷道塌方分析以及瓦斯爆炸分析。分析結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)抗災(zāi)保護(hù)裝置能夠保證節(jié)點(diǎn)在災(zāi)后的安全性，并進(jìn)一步加工制作了保護(hù)裝置的硬件實(shí)物，為今后進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。
　?。?）提出了煤礦應(yīng)急救援無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)策略，首先根據(jù)煤礦井下巷道地理特征，在建立礦井巷道中傳感器節(jié)點(diǎn)感知覆蓋模型基礎(chǔ)上，提出一種三維線型分區(qū)覆蓋拓?fù)淇刂?/p>