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硕士学位论文 基于Zigbee的瓦斯浓度采集系统的研究与实现 共58页，28309字
摘 要
瓦斯巡回检查是防止瓦斯事故的一项重要措施。然而多年来，瓦斯巡检一直存在数据手工记录、瓦检员人身安全难以保证、历史数据查询麻烦、不能根据历史记录直接进行分析等问题。
本文从煤矿井下环境的特殊性及瓦斯采集工作的安全性出发，提出了一种基于SDR技术的井下瓦斯采集系统，该系统可以解决巡检人员的人身安全问题，巡检人员不必亲自到达采集点就能采集到信息，更好地避免瓦斯事故的出现。
通过对目前较为常见的几种SDR无线通信技术进行工作频率、功耗、传输速率和网络设备连接数等方面介绍与比较后，根据井下瓦斯采集的功能需求，提出了一种基于ZigBee技术的煤矿井下井下瓦斯采集系统，来实现井下瓦斯信息采集。该装置基于ARM硬件平台，嵌入式linux软件平台和Zigbee技术，对系统进行了方案设计与论证，并在硬件方面设计并实现了瓦斯传感器电路、无线模块外围电路以及ARM7的核心板电路；软件方面实现了bootloader的移植、uClinux的移植和瓦斯采集发送程序。最后对设计实现的瓦斯采集前端进行了测试。模拟巷道测试结果表明该系统可在30米范围内实现9600bit/s的数据采集与传输，基本达到设计要求。
关 键 词：瓦斯浓度；嵌入式系统；SDR；ZigBee

目 录
1 绪论 1
1.1 煤矿井下瓦斯采集监控技术的研究及应用现状 2
1.2 嵌入式技术的发展状况及前景 2
1.3 本文的主要工作 5
2 煤矿井下瓦斯浓度无线采集系统方案分析与设计 6
2.1 系统需求分析 6
2.1.1 瓦斯参数采集需求 6
2.1.2 技术指标要求 6
2.2 系统方案设计 7
2.2.1 无线技术选择 8
2.2.2 核心处理器选择 11
2.2.3 无线模块选择 12
2.2.4 瓦斯传感器选择 13
2.3 本章小结 13
3 井下ZigBee瓦斯浓度无线采集系统的硬件系统分析设计 14
3.1 前端信息采集部分底板电路设计 15
3.1.1 电源电路 15
3.1.2 串行接口电路 16
3.1.3 Zigbee接口电路 17
3.1.4 瓦斯传感器接口电路 17
3.1.5 底板与核心板接口电路 18
3.2 采集前端部分核心板电路设计 18
3.2.1 SDRAM、FLASH与S3C44B0X接口电路 18
3.2.2 JTAG接口电路 21
3.2.3 时钟电路 21
3.3 瓦斯传感器模块电路 22
3.4 ZIGBEE模块电路 23
3.5 本章小结 24
4 井下ZigBee瓦斯浓度无线采集系统的软件系统设计与实现 25
4.1 采集前端设备的UCLINUX操作系统的移植与裁减 25
4.1.1 Linux操作系统的介绍 25
4.1.2 嵌入式Linux开发 28
4.1.3 BootLoader的移植 29
4.1.4 uClinux内核移植与编译 33
4.1.5 配置uClinux文件系统 36
4.2 应用程序开发 36
4.2.1 ZigBee模块配置介绍 39
4.2.2 应用软件部分设计 41
4.3 本章小结 42
5 系统测试 43
5.1 测试方案 43
5.2 测试结果 44
5.3 本章小结 46
6 结论 47
6.1 本文总结 47
6.2 今后展望 47
致 谢 49
参考文献 50
附 录 52