文档介绍：项目报告
题目: 基于MSP430和Zigbee技术的煤矿综合监控系统设计与实现
学校:
指导教师:
组别: 专业组
应用类别: 先进控制类
平台: MSP430
题目: 基于MSP430和Zigbee技术的煤矿综合监控系统设计与实现
摘要(中英文)
设计了一种基于Zigbee无线传感器网络和Web Server的煤矿生产综合监控系统,具有井下环境参数监测,人员定位,实时短消息通信和设备远程控制等功能。
A new coal-mine monitoring system based on zigbee wireless work and web server is designed, it has many functions such as security monitoring for underground coal- mine environment, minewoker positioning, real-time short message and munication and remote control.
引言
煤矿生产安全一直是国家和人民群众关注的焦点,针对井下煤矿生产所面临的易腐蚀,易爆,电磁环境恶劣,灾后人员搜救困难等情况,采取新的技术手段来提高煤矿安全生产监控,提高灾后救援效率具有非常重要的意义。Zigbee作为新兴的无线通信网络技术,具有高容量,高延展性,高可靠性等优点,非常适合应用于复杂地理环境下的监控领域。因此,开发设计了一套基于Zigbee网状网结构的井下综合监控系统。本系统可以实时监测井下各个节点处的传感器数据和整个网络中人员分布的位置信息;对设备进行远程控制,如关闭电源,打开排气阀门等;在发生紧急情况时,工作人员可以通过临近节点上的报警装置向监控中心发送报警信号;整个网络中的各个节点在接入嵌入式平台时可以和监控中心实现实时短消息通信。而且在突发情况中,节点设备遭到破坏时,可以利用Zigbee网络的自组织特性,通过人工布置节点实现迅速组网,重新恢复整个系统的功能。
系统方案
本系统主要由Zigbee无线传感器网络,基于ARM-WINCE平台的嵌入式网关,监控终端四部分组成。
无线传感器网络由网络协调器,定位参考节点(具有网络路由和终端功能),待定位的移动盲节点组成。系统工作时,协调器上电负责网络初始化和建网,定位参考节点和移动盲节点上电后自动搜寻并加入网络,这样就完成了Zigbee网络的构建。图1系统总体框图
其中待定位的移动盲节点可以和ARM-WINCE平台通过串口相连接构成手持移动终端,实时显示用户当前的位置和环境参数信息。
嵌入式网关由Zigbee网络协调器与ARM-WINCE平台通过串口相连接构成,是本地监控中心、监控中心与Zigbee无线传感器网络进行数据传输的枢纽。系统工作时,它将接收到子节点数据进行校正、融合后,一方面通过Lan接口与远程监控中心进行通信;另一方面通过串口与本地监控中心进行通信。
本地上位机软件采用Qt开发,选择相应平台的编译工具可以快速移植到Linux, Wince等嵌入式操作系统平台上,可以实时监控到整个的网络的环境参数和人员分布信息。
远程客户端通过登录网页的形式访问移植有web server的嵌入式网关从而实现井下环境的远程监控功能。的远程监控模式。
系统硬件设计
系统硬件电路主要由五部分组成,包括无线射频模块,MSP430F149控制器模块,传感器模块,电源管理模块, ARM-WINCE平台。所有Zigbee网络节点设备都具有无线射频模块,传感器模块,电源管理模块和MSP430F149控制器模块;手持移动终端具有所有硬件模块。也可以根据需要由以上模块组成具有特定功能的Zigbee设备,这样可以提高整个Zigbee网络的灵活性和适应性。
图2 手持移动终端硬件结构
无线射频模块采用TI-2430/1(2430,2431)2430只多了一个基于RSSI的硬件定位引擎。可以根据接收信号强度与已知参考节点位置准确计算出自己的位置坐标,2430/1内部集成了增强型8051和RF收发模块,因此只需要很少的外围元器件的配合就能完成数据的收发。
2430应用电路
MSP430控制器模块
德州仪器(TI)的超低功率16位RISC混合信号处理器的MSP430产品系列为电池供电测量应用提供了最终解决方案。作为混合信号和数字技术的领导者,TI创新生产的 MSP430,使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。MSP430系列单片机的一些先进特性包括:
(1)超低功率架构延长了电池的使用寿命。􀂋
(2)高性能模拟器件——精确测