井下瓦斯浓度、温湿度无线监测传感网络研究

我国的煤矿产业在国民经济中占重要地位，煤炭安全开采和社会大局的稳定紧密相关。近年来，许多国内外大型矿山开始将工业监测技术运用到生产中，起到了一定的安全保障作用。但是现有的煤矿安全监测系统主要采用有线方式，随着矿井挖掘的延伸，传感器节点不能灵活接入，网络扩展性和覆盖率存在不足。为了解决这些问题，本文在分析矿井综合监测需求的基础上，将传感技术、无线通信和光纤网络技术协同应用到井下监测系统中，避免了布线困难、灵活性差的缺点，将整个矿井信息化和智能化，从而提高煤矿生产的安全性。通过分析国内外研究现状，选择TI公司的低功耗、高性能CClll0芯片作为无线传感器节点核心，对节点模块化结构进行了设计和说明，包括微处理器、射频、传感器、能量供应和声光报警模块。重点研究了SimpliciTI网络协议的功能特点、拓扑结构和组网方式等内容，在网络协议栈的基础上组建了无线传感器自组织网络，在用户应用层进行了节点程序的开发和调试。开展了对SimpliciTI网络跳频机制的分析和改进，针对FA在信道切换时存在盲目性的问题，提出了一种基于MRSSI信道预测算法的网络接入机制，更新节点信道列表，完成对网络有效信道的测试。使用力控组态软件开发井上监控平台，实时显示采集参数，并且通过汇聚节点向固定设备发送控制指令，完成对指定节点间隔采样、省电模式的控制。最后完成了节点间无线通信距离、自组网稳定性、环境参数采集以及移动节点功耗测试，结果表明本系统组建的串状网络组网灵活、功耗低，在一定外界干扰下可以正常工作，通过硬件配置实现现场数据采集、节点无线通信、数据显示和报警功能。整个方案对实现井下环境参数监测有一定的参考价值。