煤礦應(yīng)急救援無線傳感器節(jié)點關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、本文針對煤礦井下重大災(zāi)變應(yīng)急救援傳感器節(jié)點存在的抗災(zāi)性差，且災(zāi)變后信息難以獲取等問題，以構(gòu)建適應(yīng)煤礦災(zāi)變應(yīng)急救援的無線傳感器節(jié)點為目標(biāo)，緊密結(jié)合煤礦井下的災(zāi)變特征，對煤礦應(yīng)急救援無線傳感器節(jié)點關(guān)鍵技術(shù)展開研究。本論文完成的主要工作如下：
　　（1）建立了煤礦應(yīng)急救援無線傳感器節(jié)點的災(zāi)變通信模型。首先根據(jù)煤礦災(zāi)變后的地理環(huán)境特征，提出了煤巖覆蓋下的電磁波通信模型，并對433MHz和2.4GHz頻段下的電磁波在煤層中的傳輸特性展開分析

2、。分析結(jié)果表明電磁波在該災(zāi)變模型下的吸收常數(shù)在低頻段變化趨勢比較明顯，在高頻段趨于常數(shù)，且吸收常數(shù)與煤層電導(dǎo)率成正比，與圍巖電導(dǎo)率成反比。理論計算得出，電磁波在煤層中傳輸距離遠(yuǎn)大于正常巷道中節(jié)點部署的間距和通信覆蓋范圍，因此電磁波能夠保證煤巖覆蓋下節(jié)點之間的正?？煽客ㄐ?。
　　（2）設(shè)計了煤礦應(yīng)急救援無線傳感器節(jié)點功能性硬件并對其節(jié)點功能展開測試。首先提出了無線傳感器節(jié)點的功能性硬件架構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊、

3、兩個通信模塊和供電模塊，并對各模塊進(jìn)行元件選型和電路設(shè)計，提出相應(yīng)的電路抗干擾措施，根據(jù)所設(shè)計的電路繪制節(jié)點 PCB板，完成節(jié)點電路板實物制作；緊接著對節(jié)點展開硬件功能測試，利用 LABVIEW設(shè)計節(jié)點硬件測試上位機軟件，并進(jìn)一步設(shè)計了射頻切換控制算法，解決了節(jié)點間射頻切換同步性問題；最后開展硬件功能測試。測試結(jié)果驗證了射頻切換控制算法和節(jié)點測試上位機軟件的可行性，也進(jìn)一步說明所設(shè)計的節(jié)點滿足功能要求。
　?。?）設(shè)計了煤礦應(yīng)急救

4、援無線傳感器節(jié)點抗災(zāi)保護(hù)裝置，并且在災(zāi)變的三種工況下對保護(hù)裝置進(jìn)行可靠性理論分析。主要包括自由落體分析、巷道塌方分析以及瓦斯爆炸分析。分析結(jié)果表明本文設(shè)計的節(jié)點抗災(zāi)保護(hù)裝置能夠保證節(jié)點在災(zāi)后的安全性，并進(jìn)一步加工制作了保護(hù)裝置的硬件實物，為今后進(jìn)一步開展實驗研究奠定基礎(chǔ)。
　　（4）提出了煤礦應(yīng)急救援無線傳感器節(jié)點組網(wǎng)策略，首先根據(jù)煤礦井下巷道地理特征，在建立礦井巷道中傳感器節(jié)點感知覆蓋模型基礎(chǔ)上，提出一種三維線型分區(qū)覆蓋拓?fù)淇刂?/p>