基于ZigBee的井矿人员定位及环境检测系统

目录TOC\o"1-3"\h\u31794目录 112571引言 177251.1课题背景和意义 1145531.2国内外研究现状 1295351.2.1国外研究现状 1108431.2.2国内研究现状 2325622相关技术和理论 3191982.1技术应用 385972.2ZigBee简介 3258702.2.1ZigBee技术概括及特点 395612.2.2ZigBee协议栈 4253442.3煤矿井下环境监测技术综述 547072.4井下人员定位技术综述 6244203系统方案设计 7272203.1系统架构整体框架设计 7105913.2单片机最小系统选型 8275483.3温湿度传感器选型 925523.4甲烷浓度检测传感器选型 956604系统硬件设计 11145214.1系统总体电路设计 11178464.2单片机最小系统电路设计 1188224.3DHT11温湿度采集电路设计 1267814.4甲烷浓度检测电路设计 13315494.5TFT-LCD显示电路设计 13254564.6声光报警提示电路设计 1473454.74G模块电路设计 14101975系统软件设计 16318435.1系统主程序的设计 1632555.2MQ4甲烷浓度监测子程序的设计 1786875.3温湿度子程序设计 18325375.44G通信模块软件设计 197306系统测试与实现 2142996.1环境监测功能的测试与实现 2167916.2人员定位功能的测试与实现 2394966.3小程序模拟测试 2317307结语 2513214参考文献 2630127致谢 281引言1.1课题背景和意义当今世界飞速发展，煤炭是我们国家经济生产生活的最关键紧要的能量来源和原始材料，因此煤炭与我国社会的发展进步紧密相连。自上世纪70年代开始，蓬勃发展的市场改革为煤炭市场带来了更多发展机会[1]。我国地下的煤炭资源十分有限，经过多年的开采，浅层煤炭已基本被开发殆尽，煤矿正在向深层发展[2]。煤矿开采过程中，瓦斯、CO等有毒有害气体的排放是必然的，并伴随着大量的烟尘排出，且随着开采的加深，这些问题更加突出[3]。采用这套井矿人员定位以及环境监测系统，以解决目前存在的问题，井矿\o"人员定位"人员定位及环境监测系统包括传感器、网络和计算机软件，用于跟踪井矿人员的位置。本课题设计了一套基于ZigBee的井矿人员定位及环境监测系统，通过ZigBee实现组网传输，实时监测井下的瓦斯浓度情况，并且实现节点之间的组网和人员定位[4]。这套系统可以预防危险发生，大大增加了对井矿人员安全的保障，把危险系数降到最低，针对如何才能快速有效的预防危险事故的发生这一情况进行本设计的研究。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外研究井矿人员定位及环境检测比较早，技术比较成熟。在1960年到1969年，特别是欧美等国，在煤矿工业设施方面已经具备完善的发展水平，逐渐开始研究如何实现煤矿井下人员定位技术。20世纪90年代初，南非已经开始研发可以定位土料运送机器位置的技术，这种技术不仅可以用于查看井矿人员位置，还可以用于查看运煤矿的矿车位置[5]。在人员定位方面，国外学者提出了多种方法，包括使用无线传感器网络、蓝牙技术、红外传感器等。这些技术可以实时监测矿工的位置，并在发生紧急情况时提供及时的救援[6]。在环境监测领域，国外学者主要利用传感器网络、无人机、激光扫描等手段对矿井井下的瓦斯含量、温湿度等进行监测。通过对环境数据的实时监控与分析，能够及时地识别出存在的安全隐患，从而有效地保障员工的健康与安全[7]。简而言之，其他国家具有更多的技术积累和知识产权，这种技术具有优越性和十分宽广的应用前景，基于此技术，国外已经研发得到多项有用定位系统可用于煤矿的开采工作中，但是由于中国实际的煤炭开采环境以及地理特点不同，国外的产品不完全适用于本国的实际需要[8]。1.2.2国内研究现状国内对此项技术的研发起步较晚，80年代前后才开始在矿井中引入人工安全检查。20世纪九十年代，山西第一套井下操作人员监测系统建成并投入使用。当前，基于主动式视频识别的新型定位方法能够克服由多个监测个体导致的基站阻塞、信息传递错误等问题，从而有效提高系统的可用性[9]。国内研究人员已经开展了多种井矿人员定位技术的研究，包括无线射频识别（RFID）、超宽带（UWB）、红外定位等。这些技术主要通过标签或传感器与人员进行绑定，实现对人员位置的实时跟踪和监测。此外，还有一些研究致力于开发基于传感器网络和无线通信技术的人员定位系统，以提高定位的精准度和可靠性。环境监测系统在井矿安全管理中起着重要作用。国内研究人员已经开展了大量的工作，包括瓦斯监测、温度监测、湿度监测、粉尘监测等。研究人员通过使用各种传感器和监测设备，实时监测井矿中的各项环境参数，并通过数据分析和处理，提供预警和报警功能，确保井矿环境的安全[10]。国内对于井矿人员定位及环境监测系统的研究已经取得了一定的进展。然而，仍然存在一些挑战，如定位精度、设备可靠性和系统集成等方面[11]。未来的研究重点应该放在解决这些问题上，提高井矿人员定位及环境监测系统的性能和可靠性，为井矿安全管理提供更好的支持。2相关技术和理论2.1技术应用本文所设计的是井矿人员定位以及环境监测系统，依靠各类传感器，STM32开发板、ZigBee模块、MQ4浓度传感器、云开发平台以及物联网技术等研究设计一套针对井矿人员井下工作时的定位和环境监测系统。应用了以下技术：1.高精度定位技术：相比传统定位技术的定位精度来说,更加适用于特定场景下的应用需求。可靠性高、实时性强、可扩展性好，有WiFi定位技术和蓝牙定位技术两个，把两个技术结合来提高它的精确度。通过采用多智能传感器节点、信号滤波和算法优化等手段，可以提高系统的定位精度。2.传感器技术:该系统采用了各种传感器，利用气体浓度检测传感器对井下环境中是否有有害有毒等气体浓度超标进行监控，该传感器具有较高的灵敏度、快速的响应速度和多功能等特点，能够对外界微小的变化进行敏感的探测，然后转化成电信号输出，从而实现对各种环境参数的测量。3.ZigBee通信技术：ZigBee是一种以规范为基础用于远程监视、控制以及传感器网络的应用技术。为了满足人们对于低速率、低功耗、安全可靠，以及低成本的标准无线网络的需要，进而ZigBee标准出现。2.2ZigBee简介2.2.1ZigBee技术概括及特点Zigbee技术是一种近距离、复杂度低、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术[12]。它的核心原理包括以下几个方面：1.节点类型：该协议支持星形、树状和网状三种网络结构[13]，见图2-1ZigBee协议所支持的三种网络拓扑。星状网络具有简单的拓扑和稳定的路由，适用于小规模的网络环境。树状网络作为星状网络的扩展形式，具有较大的规模，适用于中等规模的网络。网状网络具有更复杂的拓扑和更多的路由，但是它具有很好的抗干扰和自愈性，适用于大规模的网络。ZigBee协议所支持的网络拓扑具有很强的灵活性，能够满足多种不同大小的应用场合，使用户有更多的选择余地。图2-1ZigBee协议支持的三种网络拓扑结构2.数据传输：Zigbee利用短距离无线技术进行数据传输，通常通过专用频段和物理层协议来实现节点之间的通信。此外，网络协议栈的管理功能允许节点自主搜索和连接其他节点，实现无线传输。3.低功耗特性：Zigbee技术的关键特性之一是低功耗，这得益于其较低的发射功率和较长的数据传输间隔。这种设计使得Zigbee设备非常节能，适用于长时间运行而不需频繁充电的应用场合。4.短距离：有效射程达到10100米，基本上能满足一般家用和办公室的需要。5.高容量：Zigbee可以采取星形、片型、网型的网络结构，并能组成多达65000个结点的大规模网络。6.可靠性：ZigBee协议采用了避免冲突的策略，具有专有的通信频带，以防止在传输过程中发生冲突。媒体接入层采用双向应答的传送方式，发送和接收方之间可以进行可靠的传送，如果没有接收到确认消息，则将通过重新发送来防止在传送过程中丢失或者破坏数据包。而ZigBee技术采用CRC(CyclicRedundancyCheck，循环冗余校验）对数据进行完整性检验。2.2.2ZigBee协议栈ZigBee协议栈[14]相对与其他网络协议要更简单，而且是完全开源的。ZigBee的架构采用分层的方式，每个层次都有各自的职责，并为高层提供服务。每一层间的界面都是由一个已确定的逻辑连接来提供的。将其划分为物理层（PhysicalLayer,MAC）、媒体存取层（MediaAccesslayer）、网络层（NetworkLayer）以及应用层（ApplicationLayer）[15]等。ZigBee协议主要包括以下两个方面：IEEE802.15.4对物理层和媒体接入层进行了详细的说明。ZigBee同盟与终端厂商一起制定了网络层、应用支撑层、应用层等技术规格。ZigBee协议栈将各个层次的协议集合在一起，并以函数的方式向用户提供对应的调用接口。整个协议架构如图2-2ZigBee协议栈结构图所示。图2-2ZigBee协议栈结构图2.3煤矿井下环境监测技术综述传感器技术是井下环境检测的核心。通过在矿井中布设各种传感器，可以实时监测空气质量、湿度、温度、有毒有害气体浓度等参数。该传感器能够将所获得的数据通过无线或者有线的形式传送到监控中心，从而监控矿井的运行状况。采用光纤通讯的方式，将Zigbee无线传感器网络与监控中心进行双向通信，将监控装置与因特网进行有效的连接，极大地增强了数据通信的可靠性、安全性和保密性。煤矿井下环境复杂、地形多样，可以将煤矿分为巷道区、开采区和采空区等区域。由于无线具有一定的物理局限性，当井下发生塌方时，有些信息不容易被传出来，因此，在主巷、主干巷道及主采区等较为空旷之处，布置基于光纤主干的电缆监测体系[16]。对于一些开采区及采空区，在地形较为狭窄、地形复杂、条件较差的情况下，采用有线监测方式进行监测是非常不方便的，甚至根本就没有办法进行。所以，根据矿山的地貌特点，在进行矿山地下环境探测时，要充分利用矿山现有的电缆线路，并把它当作传送线路的主干，实现对采集到的数据进行传输。2.4井下人员定位技术综述通过对矿井中的工作人员进行准确的定位，既能有效地调动资源，又能在矿难发生的时候，及时提供位置信息并开展救援行动。同时，这也有助于提升煤矿的安全管理能力[17]。井下人员定位系统可根据井下具体情况安装Zigbee协调器和路由器。井下人员随身携带的终端移动节点通过与位置已知的路由器节点进行通信，根据预定的定位算法估算出自身当前的位置，从而完成定位功能。终端移动节点每隔一段时间向上面发送实时定位信息，再由协调器将收集到的数据通过无线网传输到监测中心。监测中心对井下采集到的各类数据进行处理、分析、储存，当出现异常情况时，则会发出报警信号。在此基础上，本系统采用了一种以无线传感器为核心的网络结构。主干网是由汇聚结点和路由结点组成的，它能与其所在区域的任意一个主干结点进行通讯，形成一个网状网，承担着信息的转送和汇聚。感知网络由传感节点和移动节点构成，负责井下人员的定位。3系统方案设计3.1系统架构整体框架设计本文设计的基于ZigBee的井矿人员定位及环境监测系统主要以STM32F103C8T6作为主要系统编程控制以实现其运作。系统主要包括物联网云平台模块、LCD液晶屏模块、人员定位模块、易燃气体检测模块、声光报警模块、数据传输模块。当人员在井下工作时，井上工作人员可通过远程定位工人所在位置，确保是否安全。当井下被检测到易燃气体超出阈值或检测到不安全因素便会立马触发报警功能，井上人员即可收到远程传来的数据。系统整体框架如图3-1所示。图3-1系统整体框架设计1.数据传输模块：数据传输模块是采用无线传送及有线传送方式，经由ZigBee传感器将人员位置及周围的环境资料传送至资料处理及管理模组。该组件采用了无线和有线两种方式进行数据传送，从而保证了系统中的数据能够可靠地传送，并能及时地进行更新。在一些地形宽阔的地方布设有线光纤传输数据，在一些有线光纤很难接入的地方布设无线传感器，进行数据无线传输。2.LCD显示屏模块：通过LCD液晶屏负责接收输入信号，并将其转化为液晶面板可以识别的信号，以此来查看井下传输的数据，显示易燃气体的阈值，及时清楚井下环境状况。3.人员定位模块:通过将小型的ZigBee节点植入到工作人员的工作服或手持设备中，实时追踪他们的位置信息。4.易燃气体检测模块：易燃气体的监测可以帮助预防潜在的危险，并及时采取必要的安全措施。与人员定位模块一样，环境监测模块也通过ZigBee节点与基站进行数据传输。5.声光报警模块：此模块能够发出声音和光信号，用于警示和提醒人们注意安全。当地下有危险信息传来，警报器会第一时间发出警报提醒地上工作人员，可及时做出处理。3.2单片机最小系统选型目前市场上单片机种类丰富，如AVR单片机、PIC单片机、ARM单片机、MSP430单片机等，这些单片机在功能上各具特色并且应用领域不同。本系统选用STM32单片机作为主控芯片。STM32单片机具有强大的性能和处理能力，采用ARMCortex-M内核，具备高性能和较高的时钟频率[18]。STM32单片机在性能、外设接口、低功耗设计、开发生态系统和产品线等方面具有显著优势。STM32单片机根据内核分类，可分为Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4和Cortex-M7四种系列。本系统选择的型号是STM32F103C8T6，它是一款基于内核的ARMCortex-M3内核的32位微控制器，见图3-2STM32F103C8T6实物图所示。其内部具有64KB的Flash存储器和20KB的SRAM，主频最高可达72MHz。与STM32F1xx系列的其他单片机相比较，它可以支持多种通信接口，如UART、SPI、I2C等，便于与其他设备或模块进行通信，并且集成了多种电源管理功能，可有效管理功耗，延长电池寿命。除此之外，它可以支持多种编程方式，如在线编程、串口下载、JTAG仿真等，便于开发者进行调试和编程，还支持多种开发工具和开发环境，如Keil、IAR、MDK-ARM、ST-Link/V2等，使得开发者可以快速上手并进行开发。因此选用这款型号的单片机可以充分满足本系统的需求。图3-2STM32F103C8T6实物图3.3温湿度传感器选型选择了DHT11型数字温湿度传感器，采用单总线数据获取方式与单片机进行通讯。DHT11由电阻型感湿单元及NTC型温度单元组成，可探测电阻的数值，并将其数字信号输出到外部。测量精度高、响应速度快、抗干扰能力好，具有非常高的性能价格优势，每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准，确保了测量的准确性[19]。传感器检测范围：温度0-50℃（误差：±2℃），湿度20％-95％RH（误差：±5％RH），供电电压为3.3-5.5V，可满足一般应用需求。选用此传感器还因为它体积小巧、结构简单、低功耗且价格低廉，如图3-3DHT11温湿度传感器实物图及其引脚说明所示。图3-3DHT11温湿度传感器实物图及其引脚说明3.4甲烷浓度检测传感器选型选用MQ4传感器作为煤矿井下甲烷浓度检测，MQ4传感器是一种用于检测空气中甲烷和天然气浓度的气体传感器[20]。此传感器通过一个电路板和微处理器连接，将气体反应后的变化转化为电信号输出。这个电信号的强弱与检测到的气体浓度成正比。MQ4传感器具有高灵敏度和稳定性，它使用模拟信号进行信息传递，通过测量电阻两端的电压来得到空气中甲烷的浓度。MQ4传感器具有良好的抗干扰能力，能够抵抗一定的环境干扰，输出类型为标准4-20mA信号输出，方便与各种数据采集系统连接。因为MQ4传感器在气体检测领域表现出色，特别是在可燃气体检测方面，因此选用MQ4传感器很好的满足了本系统的需求。如图3-4MQ4传感器实物图及其引脚说明所示。图3-4MQ4传感器实物图及其引脚说明4系统硬件设计4.1系统总体电路设计采用STM32F103C8T6作为主控单片机，它的工作电压基本上维持在2.0V-3.6V之间，因为它里面有一个稳压器，所以它能把电源电压变成1.8V的低电压，提供给芯片。在整个监测体系中，主控装置是一个非常关键的组成部分，它通过主控装置来实现对矿井各部位的环境状况信息进行精确、及时的采集，包括各种专用传感器及控制器等部件信息进行采集。通过ZigBee无线网络，主机端将由传感器探测到的数据信息传送到协调单元。下面图4-1是系统总体电路。图4-1系统总体电路4.2单片机最小系统电路设计图4-2晶振电路在STM32单片机的最小系统中，可以不需要外接晶振，因为它内部有一个8MHz的晶振。本系统对时钟的精度没有严格要求，因此使用内部晶振就可以满足本系统的设计要求。图4-2晶振电路在单片机中用编程来操控各个模块工作，以达到环境监测及人员定位的目的。本设计的主控系统由三部分组成，即单片机STM32F103C8T6、晶振电路和复位电路。晶振电路可以确保设备和系统的正常运行，并保证数据传输、计时、同步等各种功能的准确性和可靠性。图4-3复位电路当单片机在上电时需要在复位脚NRST接入一个大于2us的低电平，才能正常地进入程序区工作。因此复位电路一般会使用10k电阻和10uf电容组成一个复位电路来用作上电复位的操作，它的取值是根据其时间常数计算得到的。如图4-3所示，点击按钮可使单片机电路重置回初始状态。4.3DHT11温湿度采集电路设计图4-4DHT11温湿度采集电路在系统中，需要检测井下环境的温湿度，因此使用图4-4DHT11温湿度采集电路,用以感知地下环境中的温度和湿度变化，并将这些物理量转换为相应的电信号。DHT11外接3.3V电源，且和IO通讯通过单线串行接口连接，其总共引出四个引脚，第一个引脚用于连接传感器的电源，第二个引脚用于传输温湿度数据给微控制器或其他设备，第三个引脚通常不连接，保持未连接状态，第四个引脚用于连接传感器的地线，与电源引脚形成电路闭环。采集到的信息会传送回地面，通过显示屏可查看，以此来判断地下温湿度情况。4.4甲烷浓度检测电路设计图4-5甲烷浓度检测电路为了确保井下人员的安全需求，对井下甲烷浓度进行实时监测，因此选择了MQ4甲烷浓度探测器，见图4-5甲烷浓度检测电路，甲烷浓度监控界面有2个输出口，1个输出口为甲烷浓度模拟值，一个输出口为甲烷浓度模拟电压。将采集到的数据传回地面，方便地上人员及时了解地下情况。当甲烷气体浓度超出一定阈值，地上人员便会及时做出处理，解决安全隐患。4.5TFT-LCD显示电路设计图4-6TFT-LCD显示电路在本设计中，为了可以更直观的查看系统工作状态，增加了一个显示器。如图4-6液晶显示电路采用的是TFT-LCD显示屏，与单片机通过并行总线协议进行通信。VCC和GND用于提供电源给显示屏，单片机还需要提供2个IO口用作与TFT-LED屏幕之间的通讯。该显示器主要显示井下温湿度、甲烷气体浓度以及人员定位是否正常。4.6声光报警提示电路设计图4-7声光报警提示电路声光报警提示电路如图4-7所示，声光报警能够发出声音和光信号，外接3.3V电源，用于警示和提醒人们注意安全。当井下发生危险情况时，声光报警器会马上做出反应，提醒操作人员发现特殊情况并且及时做出处理。声光报警提示电路由蜂鸣器和发光二极管构成。4.74G模块电路设计图4-84G模块电路考虑到项目的需求和具体应用场景至关重要，使用如图4-84G模块电路，实现串口设备无线接入网络的功能。在与STM32单片机的硬件连接中，通关串口通信实现数据交互，外接5V电源。井下环境复杂，因此信号微弱，使用4G模块电路可以解决此问题。硬件端采集的数据通过4G模块传输到云平台，可以实现远程实时监测。5系统软件设计5.1系统主程序的设计程序开始运行，定时器进行初始化，各传感器模块开始工作收集数据,通过4G发送和接收信号并传给上位机。收集的数据通过单片机进行计算，在有人云小程序里对各个参数值进行设置，设置甲烷浓度阈值不高于100，人员定位距离在200以内。判断数据参数是否在设置的阈值之内，同时数据会显示在LED显示屏上。如果没有超过阈值，在设置范围内，则蜂鸣器不报警，说明井下情况正常，一切安全；如果超过阈值，则蜂鸣器报警，工作人员第一时间收到信息，进行处理，装置继续返回检测，重新循环。系统主程序流程图如图5-1所示。图5-1系统主程序流程图5.2MQ4甲烷浓度监测子程序的设计本系统在井下环境中采集到的信息均为模拟信号，通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，再输入到单片机内。先进行AD转换，将结果通过DMA控制器存储在数据寄存器中，这样方便数据在其他功能中调用。采集到的数据被转换成电压值，甲烷数据通过平均处理被计算出来，再由ZigBee传感器发送到主节点。如图5-2为甲烷数据采集流程图。图5-2甲烷数据采集流程图部分核心代码：5.3温湿度子程序设计本系统采用DHT11温湿度检测模块用以获取井下环境的温度与湿度，该模块是通过单总线的方式进行通信。主机发送开始信号，延时30ms后，发送复位命令等待回应。此时IO状态变更为输入状态，DHT11则会向STM32单片机端发送高电平，通知STM32单片机读取数据。待通过校验以后，将采集的信号转换为温湿度数据，读取完毕后，通知DHT11模块数据读取完毕，再通过ZigBee传感器将数据传回主节点。如图5-3为温湿度采集流程图。图5-3温湿度采集流程图部分核心代码：5.44G通信模块软件设计首先需要进行串口的初始化，然后编写串口的驱动函数，主要是对收发函数进行处理，接着建立网络连接，无线和有线两种模式相结合，通过ZigBee节点读取温湿度以及甲烷浓度，在串口中断函数中，对数据进行处理并同步上传至有人云平台，显示数据。如图5-4为4G通信模块软件设计流程图。图5-44G通信模块软件设计流程图核心代码：6系统测试与实现系统测试就是把硬件、软件和操作人员作为一个完整的整体来进行检测，检查其有没有与规范不符之处。我们的目标是测试一个程序能否正确地工作，并找到最多的程序中存在的问题与错误。由于实验条件有限，无法到煤矿井下进行测试，因此选择到安全空旷的环境进行实验。测试的主要目的是测试井下人员定位及环境检测系统的功能是否能完成预期目标。图6-1实物图在本设计中，利用导线连接或焊接等方式成功制作了井下人员定位及环境检测系统，实物图如图6-1所示：图6-1实物图6.1环境监测功能的测试与实现作为井下人员定位及环境检测系统重要功能之一，环境监测功能通过采集井下环境信息，及时发现异常情况，并向地面传回数据与信息。调试过程如下：从机节点一和从机节点二是用来检测井下环境的甲烷浓度与温湿度且用于井下人员定位，先将从机节点一与从机节点二进行上电，当灯光亮起并且开始不断闪烁时即系统开始正常工作，采集到的数据通过ZigBee传感器发送到主节点，如图6-2环境监测系统功能测试。图6-2环境监测系统功能测试从机节点上电以后，再给主节点上电，主节点主要用于信息与数据的接收、信息的显示和蜂鸣器报警。主节点通过4G模块接收从节点传来的数据，再由显示屏显示甲烷浓度、温湿度数据等信息，方便查看。如图6-3环境监测系统实现。图6-3环境监测系统实现6.2人员定位功能的测试与实现由于煤矿井下通信条件复杂，因此采用无线通信方式进行人员定位。通过在模拟井下环境中设置不同位置的人员定位标签，可以准确获取每个标签的位置信息，并在基站端实时展示。由于环境受限，无法远距离测试人员定位功能，因此采用将设备断电进行测试，当设备断电以后即无法收集到井下传来的数据，主设备便会通过声鸣报警器发出警报提醒井上工作人员，等待处理。如图6-4人员定位功能的实现。图6-4人员定位功能的实现6.3小程序模拟测试为了方便工作人员远程查看实时检测数据，选用注册有人云平台。可在手机上登录有人云平台小程序，通过主节点上的4G模块进行数据实时查收，可显示甲烷浓度、温湿度以及人员定位。当井下甲烷浓度在一定阈值内且人员定位一切正常，则小程序只对数据进行收集显示；当井下环境异常或人员失联，则小程序便会发出报警，并马上向手机发送消息，提醒工作人员。除此之外，有人云平台还可对历史数据进行回顾，可查看报警记录并及时进行处理，如图6-5小程序模拟测试所示。图6-5小程序模拟测试

7结语本文针对传统矿井有线监控系统灵活性差、可靠性低的问题，通过深入研究相关理论与技术，就煤矿井下人员定位和环境安全进行研究，考虑到煤矿作业场所对井下工作人员人身安全产生威胁的各种因素，设计了一款煤矿井下人员定位及环境检测装置。具体工作成果如下所示。1.利用物联网无线感知技术，建立了井下矿井人员定位与环境控制系统，并根据该系统的功能进行了整体设计，并给出了系统的结构框图。利用WSN实现对周围环境检测及人员的定位，并将其传送至地面监测和调度中心。2.研究基于WSN的干扰预警工作模式，实现对井下环境信息的高效采集，研究能够实现网内数据聚合和超限数据应急处理的矿井现场数据融合机制。3.从系统的角度来看，该系统是低功率消耗、低数据速率和低成本的，为了达到以上的目的，本论文选择了STM32F103C8T6作为该系统的核心部件，并研究了ZigBee技术的系统结构和工作原理。4.在具体实践中，经过多次的调整与优化，保证了该装置能够在地下安全可靠地工作。通过对该软件的硬件及软件的调试，验证了该系统的工作原理，达到了预期的目的。5.本研究为井下工作人员的安全提供了一份保障。然而，本系统仍存在一些潜在的改进空间和优化方式。尽管该系统能够探测到井下人员的具体方位，但是却没有对其进行健康监测的能力，因此，今后在研制过程中应增加一个生命特征探测模块，以便对其进行监测。这样才能避免某些对人体造成伤害的疾病。参考文献张旭峰，李林，武兴杰，等．韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景［J］．能源与环保，2020，42(8):155-158．郑德志，任世华.我国煤矿安全生产发展历程及演进趋势［J］．能源与环保，2019，41(11):1-6．宋陈澄,煤矿安全管理评价及对策研究［J］.煤炭经济研究，2017，37(8):66-70．霍德鹏.基于ZigBee和Internet的煤矿井下环境监测系统[C]//中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会,中国煤炭工业技术委员会信息与自动化专家委员会.第23届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第5届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集.[出版者不详],2013:6.GangWC,JieXS,WeiL.DesignofUndergroundMiningPersonnelLocatingSystemBasedonnRF24L01[J].AdvancedMaterialsResearch,2011,383-390(383-390).WooHyukL,HojinK,ChungHyunL,etal.DevelopmentofD