【正文】
要自己建設(shè)或租用運(yùn)營商專線,維護(hù)和建設(shè)費(fèi)用比較高。 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是不需要人員到現(xiàn)場(chǎng),使無線通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合,通過安裝在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器及音、視頻設(shè)備,遠(yuǎn)隔千里便可隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)和設(shè)備狀況,對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放的標(biāo)準(zhǔn)為不同廠家、不同功能的監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)互連與互操作提供了可能,最大限度地保護(hù)了礦業(yè)企業(yè)的信息化投資。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在理論上已經(jīng)成熟,世界兩大無線芯片生產(chǎn)商Chipcon公司(現(xiàn)被TI公司并購)和Freescale公司(原名摩托羅拉半導(dǎo)體)相繼推出符合國際標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)頻段的無線收發(fā)器芯片。但是,目前大部分研究還處于起步階段,少數(shù)投入實(shí)用的商業(yè)產(chǎn)品距離實(shí)際需求還相差甚遠(yuǎn),為了加快其實(shí)用化進(jìn)程,國外建設(shè)了很多演示系統(tǒng),相關(guān)的理論研究成果也很多[15][16][17]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由美國高級(jí)國防研究中心用于軍事目的提出并實(shí)施的,被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的十大新技術(shù)之一[10]?;赯igBee技術(shù)的無線自組網(wǎng)絡(luò)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在很多相似之處,因此很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)把它作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首選開發(fā)平臺(tái)。因此,溫度傳感器無線傳輸方式的使用必將成為首選的方案。盡管煤或圍巖溫度測(cè)定法測(cè)定準(zhǔn)確、可靠,彌補(bǔ)了上述幾種探測(cè)方法的不足,但由于溫度傳感器的布置和測(cè)溫鉆孔的工作量大,并且是點(diǎn)接觸,預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)范圍小,安裝、維護(hù)工作量也大,特別是探頭、引線極易破壞,在實(shí)際應(yīng)用中受到技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)因素的限制,不宜大面積探火采用。地面溫度測(cè)定法:在自燃火區(qū)的上部利用儀器探測(cè)熱流量或利用布置在測(cè)溫鉆孔內(nèi)的傳感器測(cè)定溫度,根據(jù)測(cè)取的溫度用溫度反演法來確定自燃火區(qū)火源的位置。在英國,一些煤礦已經(jīng)用光纖測(cè)溫技術(shù)來探測(cè)和監(jiān)測(cè)煤礦井下各種活動(dòng)引起的熱量變化趨勢(shì)以及局部溫度,取得了滿意的效果。美國SENSORTRAN公司、韓國SHINKWANG公司最近幾年也陸續(xù)推出不同類型的產(chǎn)品,但其測(cè)量距離和測(cè)量時(shí)間和精度都有缺陷,都還沒有走國際化的道路。紅外測(cè)溫儀是測(cè)取點(diǎn)溫,紅外成像儀是掃描成像測(cè)取溫度,試驗(yàn)表明,紅外技術(shù)對(duì)于測(cè)量煤堆、露頭、巷壁煤柱的自燃很有效,但是它只能探測(cè)出物體表面與儀器垂直物體的溫度,而且要求中間無遮擋物。(1)紅外探測(cè)法:紅外探測(cè)法主要是探測(cè)紅外能量場(chǎng),通過能量場(chǎng)可綜合判斷煤田的自燃區(qū)域。因此,本研究不僅具有實(shí)踐意義,而且也能為未來無線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的智能化和多功能化提供一些參考和借鑒。由于煤田發(fā)火區(qū)域有隱蔽性、著火點(diǎn)分散、被測(cè)點(diǎn)多、距離遠(yuǎn)、環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn),使得對(duì)煤田火災(zāi)的管理、監(jiān)控非常困難。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過協(xié)作的方式實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)、感知周圍的環(huán)境變化或目標(biāo)狀態(tài),并對(duì)獲取的信息進(jìn)行分析、處理,最終將有效信息上傳給用戶。無線自組網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與溫度傳感器相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法,是近幾年來一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì),改變了傳統(tǒng)溫度傳感器系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),適應(yīng)更多溫度測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合。尤其是近幾年來,隨著高產(chǎn)高效綜采放頂煤技術(shù)的推廣,類似于陽泉、太西等開采高變質(zhì)程度無煙煤(以往認(rèn)為不自燃)的高瓦斯礦井,也頻繁出現(xiàn)煤層自燃現(xiàn)象,并多次引起瓦斯燃燒和爆炸事故,由于礦山火災(zāi)凍結(jié)大量煤炭資源和昂貴的生產(chǎn)設(shè)備,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和礦山人員傷亡[3]。中國由于特殊的地理位置和氣候條件,成為世界上煤田自燃災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家。國內(nèi)一些自然發(fā)火嚴(yán)重的礦區(qū)如撫順、鶴崗、窖街、義馬、淮南等局統(tǒng)計(jì)均在80~90%以上。“十一五”規(guī)劃期,中國“富煤貧油少氣”的能源儲(chǔ)備特征和進(jìn)入“重化工業(yè)主導(dǎo)型”經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段特點(diǎn),決定了較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)煤炭在我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位的格局將保持不變。 Wireless Adhoc Networks。同時(shí)亦可檢驗(yàn)煤田火災(zāi)治理效果,對(duì)煤礦優(yōu)選安全生產(chǎn)方案,科學(xué)、合理地進(jìn)行生產(chǎn)管理和事故預(yù)防工作起到了重要作用。本文根據(jù)煤田火災(zāi)鉆孔溫度監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)了集ZigBee技術(shù)、GPRS技術(shù)、Internet技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一體的煤田火災(zāi)無線自組網(wǎng)鉆孔溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。據(jù)初步估算,我國煤田火災(zāi)每年至少造成200億元的經(jīng)濟(jì)損失。中國由于特殊的地理位置和氣候條件,成為世界上煤田自燃災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家。無線自組網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與溫度傳感器相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法,是近幾年來一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì),改變了傳統(tǒng)溫度傳感器系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),適應(yīng)更多溫度測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明本系統(tǒng)通訊距離滿足大規(guī)模煤田火災(zāi)的監(jiān)測(cè)需求,具有高的可靠性,能方便的實(shí)現(xiàn)煤田火災(zāi)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化。s coalfield fire is at least RMB 200 billion per year. The existing temperature monitoring technique of the coalfield fire is mainly by means of artificial monitoring. As temperature monitoring possesses the shortings of pointcontact, small forecast range, heavy workload of installation and maintenance, failing to provide realtime monitoring and early warning, especially the easy damage of probe and lead, it is restricted in practical applications due to technical and economic constraints, which leads to the infeasibility of widely used for fire detection, hence it can not be well positioned to meet the requirements of coal mine production safety. The Characters of spontaneously busted coalfield, such as invisibility, scattered ignition points, remote distance and other characteristics, make coalfield fire prevention, monitoring and control extremely difficult. The monitoring method of the Wireless ad hoc network technology, mobile munication technology, Internet technology bined with the temperature sensor is a new development trend in recent years. It has changed the topology of the traditional temperature sensor system to meet the additional applications of the temperature measurement.According to actual demands of the coalfield fire borehole temperature monitoring, the system integrates ZigBee technology, GPRS technology, Internet technology, embedded puter control technology, sensor technology, data acquisition technology and database technology in one. The present gived a framework of the overall system position, the function and required performance, the working principle and method of the system, designed the hardware and software of the wireless temperature measurement terminal, ZigBeeGPRS gateway and host puter control center system, described the application environment of the monitoring system and the layout method in engineering,discussed the monitoring mechanism of the system, and analyzed effect of the system in practical industrial engineering. The system integrates the advantages of both ZigBee and GPRS technology. It realized the coalfield fire area temperature Shortrange acquisition of the data and remote transmitting of the data, solved the present difficult problem of monitoring remote coalfield fires. The application of system in practical engineering shows that the munication range of the system meets the needs of largescale coalfield fire monitoring with high reliability. The system can easily achieve the automation and network of coalfield fire is very important for checking out the effect of the coalfield fire controlling. It plays an important role for coal mine optimal safety programs, scientific and reasonable production management and accident prevention. Therefore, the research of the remote monitoring system has significance of the practical guidance for the forecast of the coal fire and the developing of the fire detection technology. Keywords: Coalfield Fire。 InternetThesis : Application Research目 錄目 錄1 緒論 1 研究的背景及意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 煤田火災(zāi)檢測(cè)技術(shù)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 6 課題可行性分析 8 本文的主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo) 8 本文的主要研究方法和技術(shù)路線 9 主要研究方法 9 技術(shù)路線 9 本課題的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 10 本章小結(jié) 102 系統(tǒng)涉及的理論基礎(chǔ)及方案設(shè)計(jì) 11 ZigBee技術(shù) 11 ZigBee技術(shù)主要特點(diǎn) 11 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 12 GPRS技術(shù) 13 GPRS技術(shù)主要特點(diǎn) 13 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 14 Internet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù) 15 設(shè)計(jì)需求及原則 16 系統(tǒng)要求 16 功能需求 16 設(shè)計(jì)原則 17 總體設(shè)計(jì)方案 18 監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成 18 監(jiān)控系統(tǒng)的功能劃分 18 系統(tǒng)通信模式 19 監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn) 20 本章小結(jié) 203 無線測(cè)溫終端的設(shè)計(jì) 21 無線測(cè)溫終端的硬件結(jié)構(gòu)組成 21 節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái) 22 ZigBee無線傳輸模塊介紹 22 溫度傳感的選型及介紹 24 MAX6675介紹 25 K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線 28 硬件電路原理圖及實(shí)物的實(shí)現(xiàn) 29 硬件原理圖 29 硬件實(shí)物的實(shí)現(xiàn) 30 無線測(cè)溫終端的軟件設(shè)計(jì) 30 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 31 本章小結(jié) 324 ZigBeeGPRS網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì) 33 ZigBeeGPRS網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)組成 33 ZigBeeGPRS網(wǎng)關(guān)的硬件平臺(tái) 33 硬件連接圖及實(shí)物的實(shí)現(xiàn) 36 硬件連接框圖 36 實(shí)物圖 36 ZigBeeGPRS網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì) 37 協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 37 ZigBeeGPRS網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì) 37 SMS方式的軟件實(shí)現(xiàn) 39 ZigBeeGPRS網(wǎng)關(guān)的協(xié)議 41 TCP/IP軟件設(shè)計(jì)原則 41 嵌入式系統(tǒng)軟件組成 43 本章小結(jié) 445 上位機(jī)監(jiān)控中心系統(tǒng)設(shè)計(jì) 45 上位機(jī)監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 45 數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì) 46 Web Service接口方式 46 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的交互格式 47 數(shù)據(jù)交換框架 48 49 系統(tǒng)登陸模塊 49 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢模塊 50 歷史數(shù)據(jù)查詢模塊 50