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1、毕业论文（设计）毕业论文（设计）题目（中文）：题目（中文）： 矿井无线传输模块的设计矿井无线传输模块的设计 （外文）：（外文）： TheThe DesignDesign ofof MineMine WirelessWireless SensorSensor ModuleModule 院（系）：院（系）： 通信与电子学院通信与电子学院 专专 业：业： 电子科学与技术电子科学与技术 2目录目录摘要.11. 引言.11.1 选题背景.11.2 国内外煤矿安全监测研究状况.21.3 本论文的选题意义与工作.21.4 无线传感模块的设计要求.32. 无线传感器网络技术介绍.32.1 无线传感网络的特点
2、.32.2 无线传感网络拓扑结构方案.42.3 短距离无线数据通信的标准简介.72.4 无线传感器网络结构.112.5 传感器硬件设计.122.6 传感器电路接口设计.123.系统方案设计.133.1 系统结构.133.2 矿井中 GSM 移动信号传输模块 .133.3 基于 GSM 手机模块的数据接收系统 .164 总结.18参阅文献.181矿井无线传输模块的研究摘要摘要:文章介绍了一种基于无线传感器网络的矿井应急方案，阐述了无线传感器网络的结构、特点及无线传感器网技术,移动通信技术在矿井应急通信系统中的应用设计。该矿井应急通信系统利用无线传感器网络进行紧急状态下矿井数据的采集和收集，利用成
3、熟、信号覆盖面广的移动通信技术进行信号的传输，将数据实时地传送到处理中心和相关的责任人。便于对紧急情况的决策处理。 针对矿井的特点,提出了实现矿井移动通信的方案:以质量较好、网络较为完善的 GSM 移动信号为信号源，用光纤直放系统将信号引入矿井。关键词关键词: 矿井通信;手机模块;GSM; 光纤直放系统1. 引言引言1.1 选题背景选题背景煤炭是我国经济建设的基础，煤炭的开采主要以井下为主，巷道长、矿井生产工序多、作业地点分散，人员流动性大且工作环境恶劣，事故隐患大。为了矿井的安全生产和效率的提高，解决无线通信是一个关键的问题。然而，矿井无线通信系统具有许多不同于一般地面的无线通信系统的特点，
4、许多地而上使用的通信设备和技术无法直接应用到煤矿井下。近年来，我国煤矿安全状况形势非常严峻，不断发生瓦斯爆炸事故。为了安全生产，需设计一套完善的矿井应急无线通信系统。国内多数煤矿企业都已经或正在进行生产调度,监测监控等信息系统的建设,这些系统的建立在实现安全生产的过程中起到了重要的作用。但是这些几乎系统都是基于有线的系统,在紧急状态下(比如电力中断,事故等)如何将安全生产监测监控信息及时、准确地传送到各级相关人员手中,缺乏有效的手段。线传感器技术是目前无线通信领域内研究的一个热点技术,它综合了传感器技术,嵌入式计算技术,现代网络及无线通信技术,分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感
5、器协作地实时监测,感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式对信息系统进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端。本文提出了一种基于无线传感器网络的矿井应急通信系统的设计方案。该方案利用无线传感器网络和 GPRS手机模块、GSM 手机模块或者 CDMA 手机模块等,在系统电力出现故障时保证系统仍能正常地工作,极大地提高了紧急情况下的人员搜救能力,具有较大的现实意义。21.2 国内外煤矿安全监测研究状况国内外煤矿安全监测研究状况1.2.11.2.1 国内煤矿安全监测研究状况国内煤矿安全监测研究状况目前，我国煤矿井下通信基本使用有线装置，依靠电缆传输信息，
6、由于井下特殊环境所限，地面潮湿，电缆腐蚀严重，一旦发生事故，通信马上中断，指挥端很难与事故地点取得联系，成为矿井通信一个至关重要的盲点，介于有线通信的种种弊端，国内外现正积极研究各种井下无线通信系统，这对煤矿生产管理，特别是矿井救灾具有重要意义。国内多数煤矿企业都已经或正在进行生产调度、监测监控等信息系统的建设，这些系统的建立在实现安全生产的过程中起到了重要的作用。但是这些系统几乎都是基于有线的系统，在紧急状态下如何将安全生产监测监控的信息及时、准确的传送到相关人员手中，缺乏有效的手段。1.2.21.2.2 国外煤矿安全监测研究状况国外煤矿安全监测研究状况世界主要产煤国(美国,英国，德国，波兰
7、，前苏联)从 50 年代开始，陆续得把监测技术应用到安全生产管理上，国外迅速地把射频识别技术成功的应用到了井下人员定位监控系统中。1990 年 8 月，美国安菲斯公司利用超低频信号的穿透力研制开发的世界唯一一套可实现超低频信号穿透岩层进行传输的无线急救通讯系统投入煤矿使用。该系统的先进技术工艺和优越的性能得到了矿区领导的一致肯定。该系统能够提供一些预先编制好的紧急信息，这些信息在紧急情况出现时自动生成。该系统可以直接连接现有的监控设备。可以监控多种输入，警告信息由矿井人员预先指定，在紧急情况发生时，可以在最短的时间内，将警告发送给井下全部或相应的工作人员。1.3 本论文的选题意义与工作本论文的
8、选题意义与工作由于多种短距离无线传输技术的兴起，为解决矿井问题提供了更多的选择，蓝牙、红外、以及最新的 ZigBee 技术都能够实现短距离无线通信，但考虑到满足生产要求，同时能降低生产成本的情况，利用无线传感器网络就突显了它的作用。3在这种情况下，设计的一种无线传感模块就具有了很大的市场，本文在对比了现有的几种短距离无线数据通信的特点后，设计了一种短距离无线数据收发模块，给出了其系统硬件框图，并详细分析了其工作原理，在无线发送模块的设计中决定采用移动通信的 900MHz 信号是实现矿井无线通信，其中利用光纤之放系统将信号源引入井下，在接收部分，我们采用 GSM 模块作为接收模块的控制部分。在本
9、文中，首先详细介绍了设计中所采用的各主要系统的结构与工作原理，随后对所设计系统的各个部分进行了详细的剖析，并且对设计工作中的模块进行了工作配置。1.4 无线传感模块的设计要求无线传感模块的设计要求1、具有发送接收数据的功能，根据收发数据的情况判定矿井人员的位置。2、具有体积小，部署方便，低功耗、低成本的优点。3、具有抗干扰的优势，能够最大程度的避免通信冲突。4、具有操作简单、配戴方便的优点。2. 无线传感器网络技术介绍无线传感器网络技术介绍所谓传感器网络是由大量部署在一定区域内的,具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。感器网
10、络的节点间距离很短,一般采用多跳(multi2hop)的无线通信方式通信。感器网络可以在独立的环境下运行,也可以通过网关连接到互联网,使用户远程访问。2.1 无线传感网络的特点无线传感网络的特点(1)无中心。SN 没有严格的控制中心,所有节点地位平等,是一个对等式网络。点可以随时加入或离开网络,任何节点的故障不会影响整个网络的运行,具有很强的抗毁性。(2)自组织。络的布设和展开无需依赖于任何预设的网络设施,节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为,节点开机后就可以快速,自动地组成一个独立4的网络。(3)动态拓扑。SN 是一个动态的网络,节点可以随处移动;1 个节点可能会因为电池能量耗尽或其它
11、故障,退出网络运行,也可能由于工作的需要而被添加到网络中.这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化,因此网络应该具有动态拓扑组织功能。(4)节点数量众多,分布密集。SN 节点数量大,分布范围广,难于维护甚至不可维护。以,需要解决如何提高无线传感器网络的软,硬件健壮性和容错性。(5)硬件资源有限。SN 节点采用嵌入式处理器和存储器,计算能力和存储能力十分有限。以,需要解决如何在有限计算能力的条件下进行协作分布式信息处理的难题。根据上述分析,笔者发现无线传感器网络十分适合紧急情况下矿井安全的应急通信。紧急情况下,井下一般都会断电,线路也有可能出现问题,因此,无线传感器网络就是一个很好的选择,再结合具有广泛覆盖范围的移动通信手机模块,就可以将所需的数据安全可靠地传送到地面中心和有关责任人员的手中。2.2 无线传感网络拓扑结构方案无线传感网络拓扑结构
