尾礦庫安全監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、尾礦庫是保障礦山正常生產(chǎn)的必要組成部分,也是礦山企業(yè)的重大危險(xiǎn)源。長期以來,我國尾礦庫安全監(jiān)測方式處于較低水平,尾礦庫事故有上升趨勢。目前人工監(jiān)測方式有監(jiān)測不及時(shí)、人為監(jiān)測誤差較大等問題;傳統(tǒng)的監(jiān)測手段是利用有線監(jiān)測線纜敷設(shè)壩體,但存在敷設(shè)復(fù)雜,對監(jiān)測點(diǎn)的維護(hù)、擴(kuò)充、調(diào)整不方便等諸多問題。針對這一現(xiàn)狀,本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其在鎢礦環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測中的應(yīng)用研究(50764005)的研究內(nèi)容,提出將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到

2、尾礦庫的安全監(jiān)測系統(tǒng)中,進(jìn)行了系統(tǒng)總體方案、傳感器節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　論文首先分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),然后指出具有近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的ZigBee雙向無線通信技術(shù)非常適用于尾礦庫安全監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。論文圍繞基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的尾礦庫監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及仿真實(shí)驗(yàn)四個(gè)部分展開研究。
　　(1)針對當(dāng)前尾礦庫安全在線監(jiān)測的迫切需求,提出采

3、用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對尾礦庫進(jìn)行在線監(jiān)測的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,給出系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。
　　(2)圍繞系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),進(jìn)行無線傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)。考慮到節(jié)點(diǎn)能耗與無線傳輸?shù)奶匦?選用以低功耗AVR微控制器ATmega128L和基于ZigBee技術(shù)的無線射頻收發(fā)芯片CC2420為核心組成的傳感器節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)了微處理器模塊、無線通信模塊、傳感器模塊和電源模塊,能按實(shí)際應(yīng)用靈活配置硬件和接口。
　　(3)根據(jù)ZigBee通信協(xié)議,考慮硬件和軟件兩

4、方面低功耗要求,進(jìn)行了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì),包括CC2420無線通訊程序和滲壓數(shù)據(jù)采集程序及ZigBee協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)。
　　(4)針對傳統(tǒng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)樹路由算法因數(shù)據(jù)傳輸量大導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗過大和偏快等問題,提出一種改進(jìn)的基于能量感知和能量均衡的ZigBee樹路由算法。通過將基于節(jié)點(diǎn)能量感知和能量均衡的樹路由算法與傳統(tǒng)樹路由算法在網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2環(huán)境中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明,改進(jìn)算法能有效地降低網(wǎng)絡(luò)的總體