基于Zigbee的瓦斯浓度检测系统设计

论文摘要

目前,测量瓦斯的方式仍以安检员人工操作为主,即使安装传感器节点也大多使用有线连接方式。人工操作的方式会增加危险性、并且无法保证检测的实时性。有线连接方式,因布线困难,难以维护因而监测点少,效果有限。如果将瓦斯含量的测量与无线传感器网络结合起来,利用无线传感器网络架网简单、功耗极低、数据自动路由、节点增删容易等特点构建数量众多的监测点并让他们实时检测,那么目前的困难将会迎刃而解。本课题提出了基于Zigbee无线网络的瓦斯浓度检测系统设计方案。介绍了Zigbee网络构建和瓦斯浓度检测方法;详细论述了Zigbee终端节点、路由器、协调器的软硬件设计;描述了建立网络各阶段的具体工作;提出了架网的具体要求;设计了利用串口对数据无线透传的应用程序,并结合实际建立了无线传感器星型网络。利用MSP430F169控制A/D将瓦斯传感器的电信号变成数字信号,并使用Zigbee网络实现了瓦斯浓度检测数据的无线传输。在实验室测试环境下,实现了200米距离内的Zigbee星型网络的搭建,1%、5%标准气样浓度的检测,并完成了利用Zigbee无线网络传输瓦斯浓度信息给网关到上位机的功能。实验结果验证了Zigbee网络传输可靠、网络构成简单高效、功耗极低的特点,非常适合低速率、高可靠性、大容量传感器网络的建立。采用Zigbee网络和瓦斯浓度检测模块分离的方式开发了无线瓦斯监测系统,增加了本课题的适用面,只需要替换瓦斯含量信息检测模块即可完成其他任务,实现一次布网、多种应用的目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究背景及意义
• 1.2 瓦斯含量检测及Zigbee技术的发展现状
• 1.3 本论文的主要工作与章节安排
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 瓦斯浓度检测技术及系统应用要求
• 2.1.1 瓦斯传感器技术
• 2.1.2 煤矿中瓦斯浓度检测技术要求
• 2.2 Zigbee无线网络技术
• 2.3 瓦斯监测系统设计方案
• 2.3.1 Zigbee网络设计方案
• 2.3.2 瓦斯监测系统总体结构
• 2.4 本章小结
• 3 系统硬件电路设计
• 3.1 系统硬件总体设计
• 3.2 Zigbee网络模块电路设计
• 3.2.1 Zigbee底板电路设计
• 3.2.2 Zigbee射频模块电路设计
• 3.2.3 Zigbee网关电路设计
• 3.3 瓦斯浓度检测模块电路设计方案
• 3.4 本章小结
• 4 系统软件程序设计
• 4.1 系统软件数据流程
• 4.2 协议栈软件工作流程
• 4.1.1 Zigbee网络建立
• 4.1.2 节点加入流程
• 4.1.3 数据发送
• 4.1.4 路由
• 4.1.5 绑定
• 4.1.6 协议栈配置
• 4.3 串口透传应用程序设计
• 4.3.1 创建任务
• 4.3.2 端口描述符
• 4.3.3 串口应用描述
• 4.3.4 初始化程序
• 4.3.5 数据通信
• 4.4 网关应用软件设计
• 4.5 瓦斯采集软件设计
• 4.5.1 A/D的配置寄存器
• 4.5.2 A/D采样程序设计
• 4.6 本章小结
• 5 系统调试及实验结果
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 系统测试方案
• 5.1.2 系统软件调试
• 5.2 系统测试结果
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献