矿用无线数传网络模块的设计与实现

来源 :中国煤炭科学研究总院 煤炭科学研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaomei52689
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无线传感器网络是目前科研领域的研究热门,具有广阔的应用前景。将其应用于煤矿井下符合矿山物联网发展的需求,也是提升煤矿安全信息监测的有效途径。由于煤矿井下的应用环境非常特殊,比如无线信号传输环境复杂、线缆铺设困难和电源供电不方便等因素,对矿用无线传感器网络提出了更高的要求。矿用无线数传网络模块作为矿用无线传感器网络的组成部分,对其深入的分析研究具有重要的意义。矿用无线数传网络模块的研究需要解决四个关键技术问题,即模块满足电池供电的低功耗技术、解决多径干扰问题的抗干扰技术、网络容量大和健壮性强的自组网技术、满足长距离中继传输的无线多跳技术。本文主要完成矿用无线数传网络模块的软硬件设计,并对低功耗技术和抗干扰技术进行分析研究。  根据国内外无线传感器网络技术的发展现状,总结出无线传感器网络在煤矿井下适合传输数值变化缓慢、对实时性要求不高和占用带宽较小的数据。提出采用 TPSN时间同步协议实现网络内各节点的同步休眠以降低功耗;抗干扰技术的解决方案是采用通道跳频技术避开信号干扰。  根据应用需求,设计了矿用无线数传网络模块,包含硬件电路原理图、倒 F天线和PCB制板的设计与实现;并基于JenNet-IP协议栈完成了模块的软件程序设计,包含同步休眠机制和通道跳频技术的分析与设计。  通过搭建硬件测试平台,对模块性能参数进行实验测试与分析,验证了采用同步休眠机制和PCB天线是可行的。通过研究分析,得出以下结论:  (1)采用同步休眠机制可以有效的降低模块功耗,休眠周期越长功耗越低;  (2)采用改进型PCB天线满足通信距离的要求,经过实验验证其通信效果和外置鞭状天线相似。
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