基于ZigBee的无线传感器网络节点在矿井机车运输监控系统中的应用研究

作     者：骆科学 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李文宏

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0838[工学-公安技术] 

主      题：ZigBee 网络节点 自组织 簇树网络 防冲突算法 定位算法 岔道选择控制 

摘      要：当前煤矿安全信息化技术程度不高,尤其在井下机车运输监控系统中,存在着以下三个问题：一、系统大多以工业总线为基础,组成有线的通信网络,但是伴随着煤矿的掘进和巷道的延伸问题,有线的通信系统存在着覆盖率、扩展性和灵活性等方面的不足,而且一点出现故障全影响到局部甚至整个网络的工作;二、机车定位借助轨道计轴器等硬件设备实现,硬件成本较高,也容易出现故障;三、不管是有线网络还是无线网络,有多辆机车同时与数据接收设备通信时,出现冲突,数据接收设备选定单个机车进行通信还存在困难。 针对以上问题进行了基于ZigBee技术的无线传感器网络节点在矿井机车运输监控系统中的应用研究。基于TI公司CC2431芯片和AT89C51RD2的ZigBee无线传感器网络节点,并基于组网算法,节点以点对点拓扑结构的簇树网络进行组网,在巷道的感应区放置无线数据接收网络节点,以定点接收安装在机车上的机车节点的信息数据,数据接收节点按照组网算法而自动组建无线传感器网络,无线传感器网络组建完毕,节点把信息数据沿逐级节点传送,实现数据无线网络传输,无线传感器网络具备自组网功能。这样就解决了当前矿井机车运输监控因线路一点出现故障就会影响到整个系统的问题;利用节点定位算法,无需要增加新的硬件,就可以实现机车定位;此外在节点控制程序中加入防冲突算法,当有多个机车节点同时与一数据接收节点通信时,可以用防冲突算法使数据节点选中其中一机车节点进行通信,也可以在由数据接收节点直接选定一个机车节点与其通信。 利用CAN总线把无线传感器网络的信息数据传到井上监控中心,操作人员通过监控中心的上位机可清楚准确的知道机车有运行状态及位置,也可以控制岔道电动转辙机实现对矿井机车的岔道选择控制,按照指定的运行任务指挥机车循环运行,实现运输安全调度智能化;利用自组织、自愈合网络,也提高了系统的可靠性。