基于物联网技术的矿井安全监测及移动通信系统的设计与实现

• 作 者: 李晓东
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 无线传感器网络 物联网 矿井安全监测系统 移动通信

在信息技术革命浪潮的影响下，先进通信技术如今已覆盖全球的各个角落，各行各业都享受着无线通信与网络技术等信息科技带来的便捷与安全。然而，煤矿井下由于特殊的环境条件等原因至今仍然缺乏有效的通信和监测系统。一方面，井下作业需要的大型设备以及井下较强的干扰环境带来了繁杂的布线和拥挤的作业环境，使通信设备与安全监控设备大都体积巨大、不便携带，且容易由于操作人员或机械的误碰撞造成系统的瘫痪；另一方面，井下的通信技术更新换代较慢，原因是在井下作业的通信系统面临着可靠性、低功耗、抗干扰等要求。因此，煤矿井下的通信与监测系统仍然有很大的提升空间。　　ZigBee技术由于其自身低功耗、小体积、低传输速率、组网方式灵活等特点使其能够实现在工业领域中对数据量小、功耗要求严格的领域。以太网以其高稳定性、高传输速率、标准统一等特点能够使其胜任在工业领域中对安全性要求高、数据量大的场合。在本文依托实际项目而设计实现的煤矿井下通信与监测系统中，通过将ZigBee技术与以太网技术相结合，全面讨论了基于上述两个技术的煤矿无线通信与安全监测系统。系统中使用的网关节点，负责将以太网与ZigBee无线网络连接；煤矿的工作人员使用移动终端进行语音通话，通过ZigBee技术与网关进行无线通信并利用ZigBee技术实现定位功能，自身携带气体传感器，能够上报所处位置的气体浓度数据。另外，系统在井上的监控中心通过接收、处理、存储、显示上传的数据从而能够反映工作过程中的人员位置和对应的气体浓度。该系统的移动终端由于使用ZigBee技术从而能够极大降低移动终端的功耗以及体积，而主干网使用以太网则使整个系统具有支持同时间大量的语音通话要求的高数据传输能力。通过将两种技术的融合，不但使井下的通信、定位、气体监测的三个不同方面的系统相统一，也提升了通信效率，降低了系统功耗，减少了所占体积，提升了安全性和稳定性。　　本文的主要内容包括以下三点：　　（1）阐述当代井下通信系统的要求以及研究背景，介绍了本系统的研究意义。　　（2）介绍了本项目的研究细节，包括通信协议、软件设计、相关硬件平台介绍等。　　（3）对本系统的性能在实验室条件下进行了测试并得出结论，进行总结和展望。