煤矿井下无线安全监测与人员定位系统设计与实现

【摘要】：煤炭在我国的能源结构中具有基础性地位，在未来相当长的时间内都将是我国最为主要的能源。然而，我国是世界上煤矿事故多发国，这些事故造成了巨大的社会财产损失，并且对矿工的生命构成了严重的威胁。因此，利用先进的通信和信息处理技术设计出能够满足煤矿井下需求的安全监测系统已经成为了煤矿安全生产技术研究的重要方面。 为达到促进煤矿安全生产的目的，本文针对井下生产过程监测及安全评价预警问题，设计了基于无线传感器网络技术的煤矿井下无线安全监测与定位系统。首先，分析了无线传感器网络与信息融合技术基本原理及特点，构建了煤矿井下无线安全监测与定位系统的总体方案，分为井下无线传感器网络和信息监控中心两个部分。在分析了井下工作环境和数据采集特点的基础上，设计了基于Zigbee技术的无线网络节点；搭建了以CC2530为核心的硬件测试平台，编制了平台各个功能节点的相关软件；结合矿山已有的CAN总线通信网络，设计了连接ZigBee网络和CAN总线的通信网关。然后，针对矿井员工的定位需求，提出了一种基于RSSI的定位算法。该算法采用质心计算方法弥补三边测量法在坐标计算中的缺陷，仿真试验表明，该算法可以有效的对巷道中的人员进行定位。最后，建立了基于信息融合技术的矿山安全信息评价模型，并设计了基于B/S构架的井下监测系统软件。