1 / 9
文档名称:

试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计.pdf

格式:pdf   大小:770KB   页数:9页
下载后只包含 1 个 PDF 格式的文档,没有任何的图纸或源代码,查看文件列表

如果您已付费下载过本站文档,您可以点这里二次下载

分享

预览

试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计.pdf

上传人:青山代下 2024/5/14 文件大小:770 KB

下载得到文件列表

试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计.pdf

相关文档

文档介绍

文档介绍:该【试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计 】是由【青山代下】上传分享,文档一共【9】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..试验研究煤矿监测系统无线传感器网络的设计目前煤矿环境监控系统大多采纳有线和固定传感器组成的网络,由于工作面的不断推动,存在着监测盲区。无线传感器网络采纳无线通信手段,可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如受到污染的区域、环境被破坏的区域或敌对区域),一些临时场合(如发生自然灾害时,固定通信网络被破坏)和一些工作地点常常变幻的区域(如矿井采煤附井)等。因为无线传感器网络不必须要任何固定网络的支持,具有快速展开、抗毁性强等特点。本文讨论一个合适在矿区运用的低功耗无线传感器网络的制定,主要传感器网络的网络结构、采纳的通信协议和传感器节点的制定。1网络结构无线传感器网络是由大量的小型传感器节点组成,采纳无线数据传输方式的,用来监视物理环境和相关现象并向观察者或者处理中心报告测量结果的网络。无线传感器网络主要有两种结构:集中式控制结构和分布式结构。集中式结构的一般节点比较简单,而中心节点设备复杂。集中式结构的控制也简单,整个网络由主节点控制按照约定好的顺序进行运作,但节点的要求比较高。而分布式结构中,依据节点:..数目的多少,又可分为平面结构和分层结构构建。平面结构的网络比较简单,所有结点的地位平等,所以又可以称为对等式结构,其平面结构如图1-a所示。它的缺点是可扩充性差,每一个结点都必须要知道到达其它所有结点的路由,维护这些动态变化的路由信息则必须要大量的控制消息。在分层结构中,网络可划分为多个簇。每个簇由一个簇头(黑点?)和多个簇成员(白点)组成。这些簇头形成了高一级的网络。在分层结构中,簇头结点负责簇间数据的转发,而簇成员只负责数据的采集。这大大减少了网络中路由控制信息的数量,因此具有很好的可扩充性。分层结构中网络具有自组织性,相对来说比较灵活,但是通信比较繁琐,控制麻烦。制定对环境进行监测的无线传感器网络,节点之间的通信和传感数据本身并不是非常重要,而对数据进行分析,使终端用户可以获取被监视环境的相关事件并通过一定的算法对环境变化进行猜测才是最重要的。因此本制定采纳一种集中式的主从结构。这个结构相当于分层结构的一种改善。因为网络的自组织必须要很大的开销,而且容易出现泛洪等问题,所以依据本制定中必须要监测的环境地点是确定的这一特点,可以通过固定一般节点ID号的方法,确定了网络的组织和连接。2通信协议为了降低节点的制定复杂度,同时加快确保通信的速度,本制定不采纳传统的网络中TCP/IP协议。:..整个网络中放弃路由环节,改由主节点控制整个网络的有序运行。合计环境监测的目的,所以对数据的加密和网络安全协议的控制也可以减少很多。在网络正常运行状态下,各节点都处于接收状态。由主节点每隔一段时间向各个节点发起通信请求(控制帧)。当一般节点接收到的控制帧,如果信息中的地址信息和自己的ID号(一般节点事先通过拨位开关或者程序固化的方式确定自己的ID号)相同时,此节点转入发送模式,将信息(数据帧)发送给主节点,而ID信息不同的节点则持续监听接收。同时,主节点在发送完控制帧后就转入接收状态,等待响应。当其接收完一般节点的全部信息后,发送一个控制帧给一般节点,以确定接受到信息,同时结束整个通信过程。另外,合计到灾害猜测信息监测的特点,有些时候一般节点要求发送一些紧急信息。所以制定时合计到可以同意一般节点发起通信。例如状况紧急时,一般节点必须将报警信息(消息帧)马上发回主节点,以便采用相应的措施。主节点和一般节点之间通信传输的信息帧有3种格式:1为数据帧,2为控制帧,3为消息帧。三种帧三种帧信息中,数据帧和信息帧由一般节点发射,主节点接收。而控制帧是由主节点发射,一般节点接收。控制帧分为4段,第一段说明使用4个bit的字节用来说明帧的类型,第二段用来表示信息发送的目的地址段,因为网络属于小型的,所以使1byte就可以了。第三段属于报警信息,使用2byte长度。第四段属于检验段。消息帧也分为4段,第一段说明使用四位用来说明帧:..的类型,第二段用来表示信息发送的目的地址段,第三段属于控制信息,控制信息的长度也事先确定了,这样可以简化通信的难度,使用2byte长度。第四段属于检验段。数据帧分为5段,第一段说明使用四位用来说明帧的类型,第二段用来表示信息发送的目的地址段,第三段属于数据长度信息。因为长度数据传输的次数不多,因此传输的数据量相应的增加,所以留出2byte的长度。第四段属于数据段,长度由数据长度中的参数决定。第五段属于检验段。3节点制定无线传感器网络节点通常包括5个功能部件:传感硬件,存储器,嵌入式处理器,无限发送接收器件和电池。传感器网络节点是网络的基本单元。节点的长时间稳定运行是整个网络可靠运作的一个基本确保。节点分为4个部分:传感单元,主控单元,通信单元和供电单元。传感单元负责采集数据;主控单元负责接收传感单元传输的信号并对其进行适当的处理,然后或者存储在主控单元的储存器:..中或者将处理好的信息传输给通信单元,并控制通信单元在适当的时候发送数据;通信单元负责发送数据;不同等级的节点通信单元也有所不同。其中主节点要求含有有线的通信模块来与上位机进行通信,同时还要有无线接收发送模块和其他一般节点进行通信。当然主节点与上位机进行通信也可以采纳无线的方式,但是从简化节点控制的角度出发,选择有线通信。一般节点只必须要无线接收发送模块即可;供电单元为其他单元停供能源供给,因为是无线传感器,所以必须合计对节点的供电进行特别合计。。Atmega16L是一种高性能低功耗的AVR微处理器。它采纳先进的精简指令系统(RISC)体系结构,数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16L的工作电压可以很低,~,同时它有6个可以通过软件选择的省电模式:空闲模式、掉电模式、省电模式、ADC噪声抑制模式、Standby模式以及扩大的Standby模式。工作于空闲模式时CPU停止工作,而USART,A/D转换器等以及中断系统持续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步按时器持续运行,同意用户坚持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态。AT-mega16L在1MHz,3V,25℃时的功耗为正常模式:;空闲模式:;掉电模式:1μA。同时:..ATmega16L集成丰富的外设:16K字节的系统内可编程Flash,512字节EEPROM,1K字节SRAM,支持片内调试与编程,三个具有比较模式的灵活的按时器/计数器,丰富的中断,可编程串行USART,8路10位的ADC,具有片内振荡器的可编程看门狗按时器。所以使Atemga16L来作为节点的主控单元可以大大简化外围电路,提升系统的可靠性。,要求数据采集单元中的传感器体积小、低功耗、外围电路简单,最好采纳不必须要信号调理电路的数字式传感器。本制定中为了全面地监测环境,选用如下的传感器:(1)***传感器RH-S01A。此传感器为对甲烷高灵敏的可燃气体检测的传感器,它的检测精度高,%~5%,同时外围电路也很简单,可以提升系统的可靠性,RH-SO1A的工作电压DC6V,功耗小于150mW。(2)压力传感器MS5534A。集成了压阻式压力传感器和ADC接口IC,传感器提供了16位的压力参数输出,压力范围30~110kPa;另外模块也包涵了6个可读的参数,方便实现软件矫正及高的精度,可自动断开电源,3线接口则可满足与微处理器的各种通信。(3)风速传感器ADXL202AE。采纳先进的MEMS技术,在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅编码微机械传感器,并集成了一套精密的信号处理电路。信号处理电路把表面微机械传感器产生的模拟:..信号转换为占空比调制(DCM)数字信号后输出。这种占空比调制信号可以直接送往单片机,使用非常方便。对其进行改装用来对风速进行检测。(4)温湿度传感器SHT75。SHT75不仅将温湿度传感器结合在一起,而且还将信号扩大器、模/数转换器、校准数据存储器、标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片内。它的湿度测量精度:±%RH;温度测量精度:±℃(25℃)。而且其低功耗,典型值为30μW。(工业科学及医疗方面)以及SRD(短距离通讯工作频带在315868及915MHz)。但CC1000很容易通过编程使其工作在300-1000的主要工作参数能通过串行总线接口编程改变,1000使用起来更灵活。通常典型的系统是CC1000与一个微控器以及一些外围无源元件一起构成。1000通常被配置成超外差式接收机。其RF输入信号由低噪声扩大器扩大后由混频器变幻成中频(IF)信号。在中频级,这个被变幻的信号在送入解调器之前被扩大和滤波。然后经过解调器处理后,在DIO端输出解调后的数字数据。在发射模式中,压控振荡器(VCO)的输出信号将直接送入功率扩大器,而RF1000内:..部的发/收(T/R)开关电路则很容易与天线进行接口和匹配。频率同步器产生的本振信号在接收模式时被送到混频器(MIXER),在发射模式时馈送到功率扩大器。频率同步器由晶体振荡器、相位检波器、充电泵、VCO和分频器组成。外接晶体必须连接到XOSC端。关于VCO来说,通常必须要外接一个电感L3。1000芯片的工作状态设置由芯片内的控制器完成,控制命令和参数设置可通过PCLK、PDATA、1000有29个8位寄存器,在使用过程中主要使用如下的内部寄存器:MAIN寄存器,FREQ_A寄存器,FREQ_B寄存器,FSEP寄存器,PLL寄存器来控制1000计算发射和接收的频率的公式如下:Fvco=Freffreq+819216384(1)Fref=fxoscREFDIV(2)公式(2)中,fXOSC是晶振的频率,REFDIV由PLL寄存器决定。公式(1)中freq的大小是由FREQ_A寄存器或FREQ_B寄存器决定的。上面等式给出了VCO的频率即Fvco接收模式下的本振频率。发射模式下的f0低于FSK频率,其频率上限由公式(3)给出:f1=f0+fsep(3)fsep=FrefFSEP16384(4)其中FSEP的大小由FSEP寄存器中的数值决定。本制定中主节点与上位机是通过RS232有线连接的,在井下不易布置分站的时候,还可以利用CC1000的频率可以通过写控制字更改的特点,让主节点和上位机利用不同频率通信,实现双频通信。1000的无线传感:..器节点是方便而且功能强大的。4结语无线传感器网络是矿井环境监测的重要手段,应用于煤矿监控的无线传感器监控网络通过对不同的数据赋予不同的等级,给与必须要紧急处理的信息的优先级较高实现实时性。同时为避免网络数据路由延时,采纳主从式网络结构为主,载波侦听冲突避免为辅,控制网络有效运行。为了节省网络带宽,让节点承当更多的信号处理和计算任务。1000的无线传感器网络节点,不仅使网络实现低功耗,高可靠性,而且成本能够得到有效的控制,有利于推广应用。