基于Zigbee的瓦斯浓度采集系统的研究与实现

论文摘要

瓦斯巡回检查是防止瓦斯事故的一项重要措施。然而多年来,瓦斯巡检一直存在数据手工记录、瓦检员人身安全难以保证、历史数据查询麻烦、不能根据历史记录直接进行分析等问题。本文从煤矿井下环境的特殊性及瓦斯采集工作的安全性出发,提出了一种基于SDR技术的井下瓦斯采集系统,该系统可以解决巡检人员的人身安全问题,巡检人员不必亲自到达采集点就能采集到信息,更好地避免瓦斯事故的出现。通过对目前较为常见的几种SDR无线通信技术进行工作频率、功耗、传输速率和网络设备连接数等方面介绍与比较后,根据井下瓦斯采集的功能需求,提出了一种基于ZigBee技术的煤矿井下井下瓦斯采集系统,来实现井下瓦斯信息采集。该装置基于ARM硬件平台,嵌入式linux软件平台和Zigbee技术,对系统进行了方案设计与论证,并在硬件方面设计并实现了瓦斯传感器电路、无线模块外围电路以及ARM7的核心板电路;软件方面实现了bootloader的移植、uClinux的移植和瓦斯采集发送程序。最后对设计实现的瓦斯采集前端进行了测试。模拟巷道测试结果表明该系统可在30米范围内实现9600bit/s的数据采集与传输,基本达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 煤矿井下瓦斯采集监控技术的研究及应用现状
• 1.2 嵌入式技术的发展状况及前景
• 1.3 本文的主要工作
• 2 煤矿井下瓦斯浓度无线采集系统方案分析与设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.1.1 瓦斯参数采集需求
• 2.1.2 技术指标要求
• 2.2 系统方案设计
• 2.2.1 无线技术选择
• 2.2.2 核心处理器选择
• 2.2.3 无线模块选择
• 2.2.4 瓦斯传感器选择
• 2.3 本章小结
• 3 井下ZIGBEE 瓦斯浓度无线采集系统的硬件系统分析设计
• 3.1 前端信息采集部分底板电路设计
• 3.1.1 电源电路
• 3.1.2 串行接口电路
• 3.1.3 Zigbee 接口电路
• 3.1.4 瓦斯传感器接口电路
• 3.1.5 底板与核心板接口电路
• 3.2 采集前端部分核心板电路设计
• 3.2.1 SDRAM、FLASH 与S3C44B0X 接口电路
• 3.2.2 JTAG 接口电路
• 3.2.3 时钟电路
• 3.3 瓦斯传感器模块电路
• 3.4 ZIGBEE 模块电路
• 3.5 本章小结
• 4 井下ZIGBEE 瓦斯浓度无线采集系统的软件系统设计与实现
• 4.1 采集前端设备的UCLINUX 操作系统的移植与裁减
• 4.1.1 Linux 操作系统的介绍
• 4.1.2 嵌入式Linux 开发
• 4.1.3 BootLoader 的移植
• 4.1.4 uClinux 内核移植与编译
• 4.1.5 配置uClinux 文件系统
• 4.2 应用程序开发
• 4.2.1 ZigBee 模块配置介绍
• 4.2.2 应用软件部分设计
• 4.3 本章小结
• 5 系统测试
• 5.1 测试方案
• 5.2 测试结果
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本文总结
• 6.2 今后展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录