基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统

论文摘要

在我国,时常会发生煤矿安全事故,这是由于煤炭作业主要在矿下施工,矿下环境十分复杂。在矿下安全监测系统中通常需要对矿下的多种参数进行检测,例如温、湿度、各种气体浓度、以及粉尘。现有的煤矿安全监测系统一般都是采用有线方式,进行矿下环境信息传递。随着煤炭生产的挖掘、矿井结构的变化,坑道空间变得越来越狭窄,那么有线通信线路维护和延伸会更加困难,并且有线线路发生故障,煤矿安全监测系统也即将会瘫痪。所以建立基于WSN的煤矿安全监测系统,对煤矿安全生产具有重大的意义。通过对国内外研究背景及现状的分析,根据WSN的基本理论,提出了基于WSN的煤矿安全监测系统。通过对国内外主流节点的选型比较,设计了采用CC1110芯片为射频通信模块的WSN节点。采用的传感器节点具有多种模块,比如传感器、处理器、通信和能量模块。针对煤矿井下复杂的环境,对路由协议提出的特殊的要求,本系统设计了能量高效多路径路由协议。通过仿真测试,仿真结果表明该协议是能量有效路由协议,能延长网络生命周期。在可靠性方面采用多路径路由机制,提高了路由的可靠性。最后,通过实验,对矿井安全监测系统进行了功能测试。结果表明,本课题提出的一种煤矿安全监测系统,能够实现井下的环境监测,有助于预测事故的发生,为煤矿安全生产提供更好的保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状与进展
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文的创新点
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络的原理及结构
• 2.1 无线传感器网络的组成
• 2.2 WSN的体系结构
• 2.3 WSN的节点结构
• 2.4 WSN的协议结构
• 第三章 系统设计
• 3.1 系统设计方案
• 3.2 传感器节点设计
• 3.2.1 传感器节点硬件结构设计
• 3.2.2 节点的软件系统设计
• 3.2.2.1 操作系统
• 3.2.2.2 通信协议
• 3.3 传感器节点选型与比较
• 3.3.1 节点的选型
• 3.3.2 节点的比较
• 3.4 节点的性能测试
• 第四章 基于矿下的WSN路由协议分析及仿真
• 4.1 WSN路由协议分析
• 4.1.1 WSN路由协议设计影响因素
• 4.1.2 WSN路由协议特点
• 4.1.3 WSN路由协议性能评价
• 4.2 路由协议的设计
• 4.2.1 煤矿安全监测WSN路由协议的要求
• 4.2.2 煤矿安全监测WSN路由协议的设计
• 4.3 LEACH协议算法分析
• 4.3.1 聚类建立阶段
• 4.3.2 稳定状态阶段
• 4.3.3 一阶无线传输模型
• 4.4 仿真软件OPNET
• 4.5 建模分析
• 4.5.1 包格式定义
• 4.5.2 进程模型
• 4.6 仿真结果分析
• 4.6.1 CSMA协议
• 4.6.2 LEACH协议
• 第五章 系统测试
• 5.1 系统测试环境
• 5.2 系统测试过程
• 5.3 系统在测试过程中遇到的问题
• 第六章 总结
• 6.1 工作总结
• 6.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文及参与的项目