基于嵌入式Web的无线露天矿井远程监控系统的研究与设计

论文摘要

矿井监控是煤矿安全生产的一个重要环节,露天矿井监控主要是对矿井工作区的设备开停状态等参数监控。然而,传统的露天矿井监控系统多数是以信息孤岛的形式存在,并且多采用有线方式布网,安装困难,成本高,扩展性差。随着嵌入式Internet技术和无线传感器网络技术的发展,针对现有露天矿井监控系.统的不足,本文提出并设计了一种基于嵌入式Web的无线露天矿井远程监控系统。该系统以网关节点嵌入式Web服务器为核心,多个无线传感器节点为数据采集终端。无线传感器节点将采集的数据通过无线方式传给网关节点嵌入式Web服务器。远程监控用户通过Internet浏览器访问嵌入式服务器,可获得井下实时监测数据,并可以通过浏览器进行系统管理和用户管理等控制。本文详细阐述了远程监控系统、嵌入式Web服务器和无线传感器网络的相关技术,并结合露天矿井工作面的结构,提出了露天矿井远程监控系统的总体设计方案。然后详细设计并分析了系统的软硬件结构：分析了传感器节点微处理器MSP430F149和射频芯片nRF905的硬件结构,给出了各模块的连接方式,并根据系统需求设计了传感器节点的软件流程；分析了网关节点处理器S3C44B0X,设计了外围存储器、网口、射频芯片nRF905等器件与S3C44B0X的连接方式,并设计了网关节点无线通信、数据查询等软件流程。接着针对露天矿井监控系统无线传感器网络的特点,结合无线通信和低功耗技术,研究了系统无线传感器网络的通信方式。最后,设计了应用于本控系统的基于S3C44B0X+μClinux的网关节点Web服务器,并利用CGI技术实现了动态监控页面的设计。本文所设计的基于嵌入式Web的无线露天矿井远程监控系统,利用了无线传感器网络技术和嵌入式Web技术,可以实现露天矿井数据采集的无线化和监控的远程化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 矿井监控系统的研究现状
• 1.2.2 嵌入式WEB服务器的研究现状
• 1.2.3 无线传感器网络的研究现状
• 1.3 论文的主要内容和结构安排
• 第二章 露天矿井远程监控系统的关键技术
• 2.1 远程监控系统
• 2.1.1 远程监控系统的组成
• 2.1.2 远程监控系统的两种模式（C/S模式与B/S模式）
• 2.2 嵌入式Web服务器
• 2.2.1 嵌入式系统概述
• 2.2.2 嵌入式操作系统
• 2.2.3 嵌入式Internet技术
• 2.2.4 嵌入式Web服务器
• 2.3 无线传感器网络
• 2.3.1 无线传感器网络的定义和特点
• 2.3.2 无线传感器网络结构
• 2.3.3 无线传感器网络通信协议
• 2.4 本章小节
• 第三章 基于嵌入式Web的无线露天矿井远程监控系统设计
• 3.1 系统总体方案设计
• 3.1.1 系统的总体结构
• 3.1.2 系统实现的主要功能
• 3.1.3 射频通信芯片的选择
• 3.2 传感器节点的设计
• 3.2.1 传感器节点的硬件设计
• 3.2.2 传感器节点的软件设计
• 3.3 网关节点的设计
• 3.3.1 网关节点的硬件设计
• 3.3.2 网关节点的软件设计
• 3.4 露天矿井监控系统无线网络的通信方式
• 3.4.1 报文数据结构
• 3.4.2 无线通信模块射频命令格式
• 3.5 本章小结
• 第四章 嵌入式Web服务器的实现及其系统中的应用
• 4.1 μClinux操作系统在S3C44BOX上的移植
• 4.1.1 Boot Loader的移植
• 4.1.2 μClinux开发环境的配置
• 4.1.3 μClinux移植测试
• 4.2 μClinux系统下web服务器的实现
• 4.2.1 HTTP协议的实现基础
• 4.2.2 基于Boa的Web服务器的构建
• 4.2.3 采用CGI技术实现动态web服务
• 4.3 嵌入式web服务器在系统中的应用
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢