煤矿井下低功耗无线传感器网络系统设计

【摘要】安全的煤矿井下环境是保障矿工身体健康和生产设备安全的重要因素。因此，发展煤矿的信息化监控与管理也是必然的趋势。在现有的矿井环境监控网络中，存在有线布网局限、不灵活和无线布网能源浪费等问题。针对上述问题，本文设计了一种用于监控煤矿井下环境的低功耗无线传感器网络系统。该系统通过矿工佩戴或安装在移动设备上，用于监控煤矿井下环境。在国内外相关技术调研的基础上，根据井下安全生产监测系统要求，提出了基于ANT技术的低功耗无线传感器网络系统设计方案。本方案包括八个传感器节点和一个主控中心，最终组成了无线星状网络。传感器节点包括基于ANT技术的网络协议模块、以MSP430F149为基础的控制模块、采集数据的传感器模块、PCB天线模块和电池供电模块。设计中考虑到煤矿生产设备的特殊要求进行了完善。其中，低功耗性能实现是传感器节点设计的关键部分。主控中心由中心接收节点和上位机组成，中心接收节点模块组成与传感器节点类似。上位机界面通过LabWindows/CVI编写，可实现数据采集、数值显示、波形图和数据保存的功能。传感器节点和主控中心的软件设计包括MSP430F149与各芯片间的接口驱动程序设计、传感器数据采集程序设计、无线收发程序设计和上位机程序设计等。试验测试结果表明：在室内外不同环境状况下，传感器节点在半径为35m的圆周范围内可稳定的实现数据传输的功能。通过试验验证系统性能后，结果符合初步设计要求。
【作者】鞠响；
【导师】苏新彦；
【作者基本信息】中北大学，测试计量技术及仪器，2014，硕士
【关键词】煤矿井下环境监控；无线传感器网络；ANT协议；低功耗；

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