文档介绍：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目
(创新类项目)结题申请书
学校
南京工程学院
项目编号
201311276021Z
项目名称
基于物联网技术的煤矿环境监测系统设计
项目类型
(■)重点项目、( )重点自筹项目、( ) 一般项目、( )指导项目
研究期限
项目起始时间:2013年6月
计划完成时间:2014年 5月
实际完成时间:2014年 6月
项目负责人及成员
姓名
年级
学号
联系电话
项目分工
程兆来
2011
203110212
**********
申报专利、撰写论文
杨靖杰
2010
233100244
**********
传感器系统设计
王月霞
2011
233110212
**********
监控中心系统设计
李士文
2011
203110219
**********
系统设计、通讯协议设计
指导教师
姓名
专业技术职务
承担的工作
刘启新
电机控制
方案指导、论文指导、专利指导
盛国良
嵌入式系统设计
方案、项目实施指导、硬件与软件指导
一、项目实施情况(请就研究目标、研究过程、研究成果、研究心得作全面总结,3000字以内):
一、研究目标
煤炭是我国的主要能源,受我国煤矿复杂地形限制,矿难频发。现有煤矿井下安全监控系统所存在的缺陷和不足,已成为制约煤矿安全生产水平的瓶颈问题,因此设计出能够满足煤矿安全需求的井下安全综合监控系统十分必要。近年来无线通讯技术和无线传感器网络技术的迅速发展,为研发下一代的煤矿安全综合监控系统提供了技术基础。无线传感器网络具有结构灵活、自组织、多跳等特点,适用于恶劣环境,是弥补目前井下监控系统缺陷的有效工具。
煤矿井下环境非常复杂,矿井巷道内的风速、温度、湿度、煤尘、各类气体含量以及矿井水位等对煤矿井下工作人员的健康乃至生命安全有着重要的影响。现有的井下环境监测系统,多采用有线技术进行网络组建。这类方案的特点是扩展性能差,布线繁琐。由于采用硬线连接,线路容易老化或遭到腐蚀、磨损,故障发生率较高,误报率高。基于物联网技术采用无线传输方式构建的无线传感网络恰好可以避免这些问题。相对而言,无线的方式比较灵活,避免了重新布线的麻烦,无线网络可以适应移动或变化的需要。
研究过程
调研了当前国内外相关技术与产品的发展,并参观物联网展会,准确了解物联网相关技术的发展;
查找相关资料进行传感器和芯片择优选择;
进行嵌入式系统软硬件设计与开发;
进行传感器系统软硬件设计与开发;
进行监控中心系统软硬件设计与开发;
进行系统连接与整体调试;
撰写相关论文并申报一项实用新型专利。
研究成果
a)包含监控系统、无线数据采集节点、井下人员移动节点与无线网络服务器的样机一套,可实现煤矿井下环境监测、灾难告警、人员考勤与定位等功能;
b)结题报告一份;设计说明书一份;功能说明书一份;
c)系统软件一套;
d)发表论文两篇;
e)申请实用新型专利一项。
研究心得
经过一年多的努力,项目组如期设计出一套基于无线传感器网络的煤矿环境监测系统。
2530为核心CPU、以Z-stack协议栈为核心zigbee协议。系统由1个无线网络服务器节点,19个无线数据采集节点,4个移动节点组成。该系统能实现工作人员的考勤与定位,还能实现实时动态地监控井下温度、湿度、一氧化碳气体浓度、甲烷气体浓度、烟雾浓度等。发生险情时(如工作人员走入危险巷道或环境异常),该系统能及时报警,提醒工作人员。
开发平台的C#语言编写的。该上位机能实时与下位机通过RS232串口进行通信。能实时动态的显示各巷道的环境状况,若某一气体浓度超标,能及时显示出来,提醒管理者迅速有效的采取相关措施,避免人身安全和财产损失。
在这一年里,项目组成员得到了许多的锻炼,对C语言、C#语言、电机与拖动基础、微机原理与接口技术、单片机原理、数字电路、模拟电路、检测技术、嵌入式控制器等领域有了更深入地认识与了解。并对物联网技术有了一定地了解。
在这一年里,我们遇到了许许多多的困难,在指导老师的启发式的指导下,问题均得到解决,在此特别感谢刘启新与盛国良老师,谢谢他们对我们项目组的指导与鼓励。
二、项目创新点与特色
本课题将物联网技术的无线传感器网络应用到煤矿安全监控系统中,实现了煤矿井下数据的无线传输,弥补了现有煤矿监控系统的不足,很具实用性和创新性,并且为无线传感器网络的应用开拓了新领域。
本课题采用无线传感网络,运用物联网技术构建煤矿井下环境安全监测系统。
通过在井下工作人员身上配戴移动节点,实现人员考勤与井下人员定位,在险情发生时可以实现告警指示,险情发生后可以快速定位到被困人员,为搜