基于ZigBee协议的井下数据采集系统的研究

作     者：张祖兵 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周莉

授予年度：2013年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：ZigBee CC2530 协调器 路由器 终端节点 

摘      要：目前,随着经济的飞速发展,对能源的需求也是越来越多。我国作为一个能源消耗大国,其中很大一部分能源的提供离不开煤炭。煤矿的安全监控显得尤为重要。煤矿的安全监控,离不开对井下的数据采集。但是传统的井下数据采集方式是利用有线的通信电缆,将井下布置的传感器采集到的数据,传送到井上。而使用有线的数据采集方式,需要在井下布置很多电缆,有干扰,不灵活,维护起来也不方便。在机械的移动过程中,容易导致断裂,造成部分通信的中断。 鉴于井下传统的数据采集方式带来的灵活性差以及维护不便等不利因素,并考虑到ZigBee无线技术的优势,本文提出了基于ZigBee的井下无线数据采集系统。ZigBee技术是一种功耗低、成本低、复杂度低、组网灵活的无线通信技术。采用ZigBee技术制成的采集节点体积小,布置起来灵活,能耗低,尤其适合于井下环境参数的采集。 本文首先介绍了目前国内外煤矿的安全生产现状及其现有的井下矿井监测技术。然后简述和对比了现存的几种主要无线通信技术,对于ZigBee技术,做了详细的分析和研究;最后以Z-Stack协议栈为基础,针对目前井下监测环境的实际要求,提出了系统的总体设计方案,并且给出了系统的软硬件设计架构。在硬件电路设计方面,采用TI公司的CC2530无线发射芯片;根据系统的总体设计要求,完成了系统的协调器、路由器和传感器终端节点等模块硬件电路的设计以及系统的抗干扰设计等,将系统的硬件平台搭建起来。在系统软件设计方面,先给出了系统软件的总体设计方案。然后在Z-Stack-CC2530协议栈的基础上,给出了系统中网络协调器、路由器、传感器终端节点、TC77温度传感器、MMA7360L加速度传感器等模块的软件设计以及系统的低功耗设计思路。最后对系统进行了测试,测试结果表明,系统的设计满足煤矿安全监控的要求,在井下的实际应用中具有一定的价值和广泛的前景。