煤矿井下安全监控及人员定位系统的研究与设计

论文摘要

煤矿是我国当前安全生产事故多发的重点行业,安全生产形势十分严峻,而目前国内的矿井安全监控系统存在价格昂贵、功耗高、维护成本高、兼容性差等缺点,不能满足安全生产需要。本文深入研究了国内外矿井安全监控系统的技术现状和矿井安全生产需求,分析当前市场上现有系统存在的缺点,结合我国中小煤矿企业的安全生产需要,提出了一种集井下人员定位和瓦斯检测功能于一体的矿井安全监控系统的设计方案。针对该系统的功能需求,本文首先对CAN总线技术及其在煤矿安全生产中的应用进行了深入地研究,提出主从和多主两种通讯模式相结合的井下网络通信方案,制定了基于CAN总线的系统网络通信协议。接着,对RFID技术及其在矿井安全生产中的应用进行了深入地研究,根据矿井安全生产的实际需求,提出了一种基于RFID技术的井下人员区域定位方案。然后,合理地选择了芯片、设计并开发出了智能卡、定位基站等硬件电路,采用C语言编写了相关应用程序,实现了以上的两个方案。最后,本文对开发出的系统进行了联机调试,取得了满意的实验结果,表明本文研发的系统达到了矿井安全监控和井下人员实时定位的要求。本文研发的矿井安全监控及人员定位系统性价比高、实时性好,能加强对井下矿工的有效监控和管理,解决了一般矿井人员定位系统中出现的人员漏读问题,因而有着较高的实用价值和推广应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 矿井安全监控系统概述
• 1.2.1 矿井安全监控系统的作用
• 1.2.2 矿井安全监控系统的结构
• 1.2.3 国内外矿井安全监控系统的发展及现状
• 1.2.4 矿井安全监控系统的发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本文的章节安排
• 第2章 系统的整体方案设计
• 2.1 系统的总体设计
• 2.1.1 系统的功能需求
• 2.1.2 系统的设计思想
• 2.1.3 系统总体结构及工作原理
• 2.1.4 系统技术指标
• 2.2 基于CAN 总线的井下通信方案设计
• 2.2.1 CAN 总线概述
• 2.2.2 CAN 2.0 技术规范
• 2.2.3 系统的CAN 通信设计
• 2.3 基于RFID 的井下人员定位方案设计
• 2.3.1 RFID 系统概述
• 2.3.2 井下人员区域定位方案
• 2.3.3 区域定位中的关键问题及解决措施
• 第3章 系统的硬件设计
• 3.1 智能卡硬件设计
• 3.1.1 智能卡整体结构
• 3.1.2 射频芯片选择
• 3.1.3 基于nRF9E5 智能卡硬件电路
• 3.2 瓦斯传感器电路设计
• 3.2.1 瓦斯气体性质
• 3.2.2 瓦斯爆炸及预防
• 3.2.3 常见瓦斯检测方法
• 3.2.4 基于MJC4/3.0L 的瓦斯检测电路设计
• 3.3 定位基站硬件设计
• 3.3.1 定位基站整体结构
• 3.3.2 主控制器
• 3.3.3 CAN 通信电路
• 3.3.4 温湿度检测电路
• 3.3.5 其它电路
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 智能卡及读卡器软件设计
• 4.1.1 无线通讯协议的制定
• 4.1.2 nRF9E5 初始化配置
• 4.1.3 TDMA 的编程实现
• 4.2 监控基站软件设计
• 4.2.1 主程序
• 4.2.2 中断子程序
• 4.2.3 其它子程序
• 第5章 系统调试
• 5.1 监视主机人机交互界面简介
• 5.2 系统调试方案
• 5.3 调试结果及分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间主要的研究成果
• 附录B 定位基站电路原理图
• 附录C 定位基站及智能卡实物图