盖范围的移动通信手机模块就 可以将所需的数据安全可靠地传送到地面中心和有关责任人员的手中。 无线传感网络拓扑结构方案 考虑矿井的结构特点把矿井无线通信系统设计成如图示的网络结构。底 层是部署在矿井巷道和工作面上的传感器网络向上依次为传输网络和地面监控 中心。为了保证通信系统的可靠性和准确性传感器节点的部署密度通常比较大 并且部署在矿井中所有的工作面和巷道中从而形成多个传感器网络。传输网络 是负责协同各个传感器网络网关节点综合网关节点信息的局部网络。 图监测系统网络结构 无线传感器网络采用网状拓扑结构由于完全的网状拓扑控制要消耗传感器 节点较多能量为了在满足网络连通的前提下尽可能地节约能量在矿井的每 个巷道和工作面部署的大量节点中选取少数节点作为主节点打开其通信模块 关闭非主节点的通信模块由主节点建立个网状全连通网络来负责数据的路由 转发。这样既保证了原有覆盖范围内的数据通信也在很大范围内节约了能量。 在无线传感局域网中通常采用的组网拓扑结构般有三种星形拓扑网形拓扑 和树形拓扑。 图星形拓扑结构图 星形拓扑是由中央节点和通过点到点无线链路到中央节点的各个站点组成 如图所示。中央节点执行集中式通信控制策略因此中央节点相对复杂而各 个站点的通信处理负担都很小。这种结构旦建立了通道连接就可以在连通的 连个节点之间传送数据。星形拓具有控制简单故障诊断和隔离容易的特点。 图网形拓扑结构图 网形拓扑如图所示。它的优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响。由于节 点之间有许多条路径相连可以为数据流的传输选择适当的路由从而绕 然后再广播发送至全网。树形拓扑的优点是易于扩展发现故障较容易缺点是各 个节点对根的依赖性太大。 结合井下环境的特点巷道深路窄在本设计中采用控制简单传输方便的 星形拓扑结构。 这里由主节点来调节非主节点的工作负责数据的融合和转发能量消耗 会相对较大。为解决主节点的能量消耗问题这里主要通过网络自身周期性地监 测各传感器的能量状态并自动更换主节点来均衡网络中各节点能量消耗。选取 所有节点中能量大于设定值的少数几个节点作为主节点其余节点选取离自 己距离最近的主节点作为自己的控制节点。如果矿井工作面距离较远或工作面 数目多可以在每个工作面专门部署个能量较强的节点作为该工作面主节点的 主节点完成工作面之间的信息传输。 基于保证矿井人员安全的需求设计种人员定位系统是很必要的由于矿 井人员的移动性采用无线定位技术能更有效实现井下人员的定位。工业级无线 传感网络技术的不断进步为解决传统矿井人员安全的问题提供了广阔的前景和 新的契机。无线传感器网络是种由传感器节点构成的网络能够实时地 监测感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息如光强 温度湿度噪音和有害气体浓度等物理现象并对这些信息进行处理后以无 线的方式发送出去通过无线网络最终发送给观察者。 无线传感器网络的个重要优势是摆脱了传统传感器网络的连线限制解决 了成本问题通过传感器技术计算机技术和无线通信技术的融合大大缩短了 人和自然之间的距离。无线传感器网络在军事侦察环境监测医疗护理智能 家居工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。 在传感器网络中传感器节点具有端节点和路由的功能方面实现数据的 采集和处理另方面实现数据的融合和路由对本身采集的数据和收到的其他 节点发送的数据进行综合转发路由到网关节点。网关节点往往个数有限而且 常常能量能够得到补充网关通常使用多种方式如卫星或移动通信 网络等与外界通信。而传感器节点数目非常庞大通常采用不能补充的电池提 供能量传感器节点的能量旦耗尽那么该节点就不能进行数据采集和路由的 功能直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。因此传感器网络主要研 究的是传感器网络节点。具体应用不同传感器网络节点的设计也不尽相同但 是其基本结构是样的。 传感器网络节点般由处理器单元无线传输单元传感器单元和电源模块 单元部分组成。本论文设计思想就是基于无线传感器网络的。 图传感器网络结构图 本模块的通信方式属于点对点的通信方式点对点无线通信是无线通信中最 基本的通信方式是点到多点无线通信以及无线网络的基础。本模块的通信设计 属于短距离无线通信范畴。 短距离无线数据通信的标准简介 短距离无线通信相比有线通信有以下主要特征无线发射功率从几到小于 通信距离范围从几厘米到几百米主要在房间内使用使用全向天线和 传感器 电源电源 无线传输 电源 处理器 线路板天线不需要申请无线频道高频操作电池供电的无线发射器和无线接 收器。 图短距离无线通信系统示意图 典型的短距离无线通信系统如图所示它由个无线发射器和个无线接 收器组成。发射器的数据通过无线发射出去接收器天线接收后进行处理得 到正确的经过校验的数据。本设计就是基于短距离无线通信系统的工作原理研究 设计的矿井人员配戴该模块通过数据的发送与接收方便井上监控系统确定人 员的位置。 在进行短距离无线通信时现已有多种技术方案可供选择最流行的关于短 距离无线数据通信的个标准是蓝牙标准和 另外最近还出现了与数据通信技术。以下是几种技术 简介 蓝牙 年蓝牙技术的出现主要用于通信与信息设备的无线连接。蓝牙技术是 种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本近距离的无线通讯连 接技术。这种连接是稳定的无缝的其程序写在个的微型芯片上可 以方便地嵌入设备之中。这项技术能够非常广泛地应用于我们的日常生活中。蓝 牙的工作频率为有效范围大约在半径内在此范围内作为种电 缆替代技术它可把内嵌有蓝牙芯片的计算机手机和多种便携通信终端联起来 以约的速率相互传递数据为其提供语音和数字接入服务实现信息的自 格式化数据包 格式化数据包 发送端接收端 动交换和处理并能方便的接入互联网。蓝牙产品涉及笔记本电脑移动 电话等信息设备和设备汽车电子家用电器和工业设备领域。蓝牙的支持 者们预言说旦支持蓝牙的芯片变得非常便宜蓝牙将置身于几乎所有产品之 中。目前蓝牙技术开发的重点是多点连接。 无线高保真也是种无线通信协议正式名称 是与蓝牙样同属于短距离无线通信技术。速率最高可 达。虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差些但在电波的覆盖范围 方面却略胜筹可达左右不用说家庭办公室就是小点的整栋大楼 也可使用。最初的规范是在年提出的称为主要目 的是提供接入也是目前的主要技术标准他的工作频率也是 与无绳电话蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同频段。起先 元件昂贵兼容性不好安全性也不能令人满意。随着时间推移这些问 题逐步得到解决且随着协议新版本越来越广泛。 是种利用红外线进行点对点通信的技术目前它的软硬件技术都很成熟 在小型移动设备如手机上广泛使用。它利用红外光的通断表示计算机中 的逻辑。的主要优点是无须申请频率的使用权在当前频率使用资源 匿乏频道使用费用增加的背景下的具有价格优势。红外线具有功耗低 连接方便简单易用的优点。它具有数据传输率较高适于传输大容量的文件和 多媒体数据。此外红外线发射角度较小传输上安全性高。的不足在于 它是种视距传输相互通信的设备之间必须对准中间不能被其他物体阻隔 只能实现点对点的连接无法实现点对多点的连接因而该技术用于台非多 台设备的连接通信设备的位置需要相对固定无法用于移动设备。目前 的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。 超宽带技术是种新发展起来的极具潜力的无线通 信技术出现在年代是指信号带宽大于或者是信号带宽与中心 频率之比大于。与常见的通信方式使用连续的载波不同通过基带极端 的脉冲信号作用于天线的方式发送数据。被允许在的波段内 江西科技师范学院 毕业论文设计 题目中文矿井无线传输模块的设计 外文 院系通信与电子学院 专业电子科学与技术 学生姓名喻璐 学号 指导教师朱颖莉 年月日 目录 摘要 引言 选题背景 国内外煤矿安全监测研究状况 本论文的选题意义与工作 无线传感模块的设计要求 无线传感器网络技术介绍 无线传感网络的特点 无线传感网络拓扑结构方案 短距离无线数据通信的标准简介 无线传感器网络结构 传感器硬件设计 传感器电路接口设计 系统方案设计 系统结构 矿井中移动信号传输模块 基于手机模块的数据接收系统 总结 参阅文献 矿井无线传输模块的研究 摘要文章介绍了种基于无线传感器网络的矿井应急方案阐述了无线传感器网络的结构特点及无 线传感器网技术移动通信技术在矿井应急通信系统中的应用设计。该矿井应急通信系统利用无线传感器网 络进行紧急状态下矿井数据的采集和收集利用成熟信号覆盖面广的移动通信技术进行信号的传输将 数据实时地传送到处理中心和相关的责任人。便于对紧急情况的决策处理。针对矿井的特点提出了实现 矿井移动通信的方案以质量较好网络较为完善的移动信号为信号源用光纤直放系统将信号引入 矿井。 关键词矿井通信手机模块光纤直放系统 引言 选题背景 煤炭是我国经济建设的基础