煤礦應急救援無線傳感器節(jié)點關鍵技術研究.pdf

1、本文針對煤礦井下重大災變應急救援傳感器節(jié)點存在的抗災性差，且災變后信息難以獲取等問題，以構建適應煤礦災變應急救援的無線傳感器節(jié)點為目標，緊密結合煤礦井下的災變特征，對煤礦應急救援無線傳感器節(jié)點關鍵技術展開研究。本論文完成的主要工作如下：
　?。?）建立了煤礦應急救援無線傳感器節(jié)點的災變通信模型。首先根據煤礦災變后的地理環(huán)境特征，提出了煤巖覆蓋下的電磁波通信模型，并對433MHz和2.4GHz頻段下的電磁波在煤層中的傳輸特性展開分析

2、。分析結果表明電磁波在該災變模型下的吸收常數在低頻段變化趨勢比較明顯，在高頻段趨于常數，且吸收常數與煤層電導率成正比，與圍巖電導率成反比。理論計算得出，電磁波在煤層中傳輸距離遠大于正常巷道中節(jié)點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)點之間的正常可靠通信。
　?。?）設計了煤礦應急救援無線傳感器節(jié)點功能性硬件并對其節(jié)點功能展開測試。首先提出了無線傳感器節(jié)點的功能性硬件架構，主要包括數據采集模塊、數據處理和控制模塊、

3、兩個通信模塊和供電模塊，并對各模塊進行元件選型和電路設計，提出相應的電路抗干擾措施，根據所設計的電路繪制節(jié)點 PCB板，完成節(jié)點電路板實物制作；緊接著對節(jié)點展開硬件功能測試，利用 LABVIEW設計節(jié)點硬件測試上位機軟件，并進一步設計了射頻切換控制算法，解決了節(jié)點間射頻切換同步性問題；最后開展硬件功能測試。測試結果驗證了射頻切換控制算法和節(jié)點測試上位機軟件的可行性，也進一步說明所設計的節(jié)點滿足功能要求。
　?。?）設計了煤礦應急救

4、援無線傳感器節(jié)點抗災保護裝置，并且在災變的三種工況下對保護裝置進行可靠性理論分析。主要包括自由落體分析、巷道塌方分析以及瓦斯爆炸分析。分析結果表明本文設計的節(jié)點抗災保護裝置能夠保證節(jié)點在災后的安全性，并進一步加工制作了保護裝置的硬件實物，為今后進一步開展實驗研究奠定基礎。
　?。?）提出了煤礦應急救援無線傳感器節(jié)點組網策略，首先根據煤礦井下巷道地理特征，在建立礦井巷道中傳感器節(jié)點感知覆蓋模型基礎上，提出一種三維線型分區(qū)覆蓋拓撲控制