开题报告_李霄 于ZigBee的矿井环境及人员监测系统研究.doc

本 科 生 毕 业 设 计（论 文） 开题报告 题目： 基于ZigBee的矿井环境及人员监测系统研究 姓 名： 李霄 学 号： 200806030202 指导教师： 张开生 班 级： 信工082 所在院系： 电气与信息工程学院 2012年3月7日 毕业设计（论文）开题报告表 课题名称 基于ZigBee的矿井环境及人员监测系统研究 课题来源 科研课题 课题类型 工程设计类 指导教师 张 开 生 学生姓名 李 霄 学 号 200806030202 专 业 电子信息工程 课题的意义以及国内外发展状况： 课题意义： 众所周知，在我国，煤炭资源相对丰富，而开采条件却较为复杂，与此同时，近几年对于矿井开采时的安全问题仍然存在着诸多隐患，因而矿难发生频率居高不下，煤矿的安全生产面临问题，煤矿的管理面临问题，煤矿工人的安全更是缺乏保障，井下环境更是复杂，存在着信号的干扰。虽然已经有些矿山企业运用了智能系统，但现有的大多数系统仍然不够完善，存在传感不灵活，不能全方位定位等系列问题。为解决这些问题，需要改善矿井下环境的恶劣条件，将矿井下的环境进行实时监测，熟悉矿井的环境，并且保证在发生矿难时，能够第一时间展开救援工作，以确保矿工的生命安全。针对这一情况，开展该课题的研究就显得尤为重要。 该课题是基于ZigBee来进行矿井环境及人员监测。它具有低功耗、低成本的优点。由于ZigBee是一种无线组网通讯技术，因而矿工只需随身佩戴相关的硬件，并不会因为过多的线缆而带来许多麻烦。它是由以2430芯片为主的固定点及以2431芯片为主的游离点组成的。其中固定点分布在矿井环境中，用来确定矿井内部的环境特征，将矿井下的环境图模拟出来。游离点则是由矿工随身佩戴的，通过与固定点的通讯，将数据传给PC机，来确定游离点的具体坐标，从而确定矿工的具体位置。这种方法可以准确及时的反应矿工的位置，且具有很高的安全性。 综上所述，基于ZigBee的矿井环境及人员监测系统研究，能够有效解决煤矿的安全生产、煤矿的管理、矿工的安全等诸多问题，且成本低，功耗低，使用方便，定位迅速准确，对于采矿的安全问题有深远的意义，比较适合应用于煤矿企业，具有较高的推广意义。 国内外发展现状： 从国际方面来讲，国外研究矿井监控系统的起步较早，迄今为止已经基本实现了可控，可调等高效的状态。在目标上，也有很大胆的设想。比如加拿大正在为其改造北部的一个矿山而规划，即到2050年，便可将其改造为一个能够通过卫星操控所有设备来实现自动开采的无人矿井。 国内已经有很多企业都有了数字化改造，各种监控系统已经被应用于地下矿井中，但仍处于起步状态，在技术上还尚不成熟。现有的技术有RFI射频读写系统、SuperRFI定位系统。RFI射频读写系统主要用于矿井进口处，或其他井下一些关键通道处，用刷卡的方式对下井人员进行登记从而跟踪其所处的大致位置。而它存在着一定的缺陷，即通信时存在一定的干扰，对通信电缆有着过分的依赖，有效通信距离被限制，价格昂贵等。SuperRFI定位系统通信距离比RFI射频读写系统稍微有所改进，但和RFI射频读写系统有着同样的缺陷。同国际上的发达国家相比，还存在很大的差距，国内许多设备存在着一定程度的不兼容，不够智能化等各种问题。 就ZigBee技术而言，其市场仍然处于起步阶段，主要表现在在于可应用的终端商用产品还多处于研发阶段，而且应用于上市的不多，具有非常典型的应用方向，它的点对点的应用较多，但是体现ZigBee优势的网状网络应用却很少，缺乏体现ZigBee大型组网应用。 本课题的研究内容、方法、手段及预期成果： 研究内容： 1) 矿井环境及人员监测系统的基本特点 采用该系统来实现的无线定位系统网络与目前国内已经广泛采用的定位系统相比，具有如下优点： (a)采用ZigBee的网状网络，可靠性有着大幅度的提高，甚至可以实现多个定位网络间的可靠通讯； (b)具有完善的ZigBee网络防冲突机制，可以用来实现几十/几百/几千节点同时无线实时定位； (c)游离点能够自动计算自己的精确位置； (d)拥有极高的实时定位精度。 2) 矿井环境及人员监测系统的基本组成 (a)无线网关：可以作为固定点和游离点的无线配置和查询工具，是无线定位网络与用户监控终端之间通信的桥梁； (b)固定点：个数约为3-12（最多16），能够构成最大区域为64*64m的无线定位网络； (c)游离点：是可以移动的一种节点，它可以安装在矿工所佩戴的矿帽中，由干电池来供电； (d)调试基：用来将无线网关同PC机进行有线传输。