矿井安全监测系统的研究软件部分
目 录
1 引言 1
1.1 监测系统研究的背景及概述 1
1.2 研究现状及发展趋势 2
1.3 课题研究的目的及意义 4
1.4 课题研究的主要内容 5
2 系统的总体设计 5
2.1 几种实现方案比较 5
2.2 设计要求 7
2.3 基于Zigeebee的矿井安全监控系统总体设计 8
2.4 本章小结 10
3 煤矿安全监测系统软件设计 10
3.1 系统软件总体设计 10
3.2 终端节点程序设计 11
3.3 协调器节点程序设计 21
3.4 软件调试 32
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
附录A 39
附录B 55
1 引言
1.1监测系统研究的背景及概述
我国是世界上产煤量最多的国家，产煤量也在逐年递增，煤炭储存量也一直在世界前三，多达六万亿吨。现在能量资源短缺的问题一直影响着每个国家的经济发展，然而其他可利用的能源的价格持续居高不下，但是我国还未被开发利用的煤炭资源至少还有70%。由此可以看出未来的几十年甚至间百年间，作为价格较为低廉的能源煤炭，还会是我国作为生产能源的第一选择，仍会在日常生活和工业经济发展中起着至关重要的作用。然而在我国，95%的煤矿都是在井下进行开产的。而井下的环境比较复杂多变，且煤矿工人教育文化程度一般都比较低，对自身的安全保护意识比较薄弱，所以最近几年来煤矿事故的发生较频繁，也造成了比较大的经济损失和人员伤亡。根据国家安监局煤矿事故数据统计显示，其中80%的煤 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
炭生产事故主要集中在小型煤矿中。由于小型煤矿的矿主不重视安全生产问题，导致了其煤炭事故发生的概率一直居高不下，每年死亡人数也居高不下。而怎样减少甚至杜绝事故和发生事故之后的有效救援变成了我们急需解决的重大问题。通过对多年来的煤矿事故情况分析，可以了解到过高的瓦斯浓度引起的爆炸所引起的事故占了这些事故中的较大比例，而多数煤矿工人也并不是死于爆炸本身，而是由于救援不及时导致死亡的。由此可以看出其根本原因是井上人员对井下工作人员的状况不清楚，不知道井下的环境的变化和矿井工人的具体位置，导致救援毫无目的，浪费了很多宝贵的时间。如果地面人员可以提前预测到井下环境的变化，提前做出预防措施并且可以确定被困人员的具体位置，做出有针对性的救援措施的话，就可以节省时间，大大提高救援的效率。所以矿井安全监测监控系统是矿井安全生产中必不可少的一部分。然而当前市场上的矿井监测系统价格都比较高，这对国有大型煤矿生产造成了很大的经济负担，何况是启动资金较少的中小型煤矿了。所以研究设计出低成本，低功耗，使用简单方便的监测监控系统成为了当下煤矿安全生产中的主要环节。
矿井安全监测系统不仅包括井下环境安全监测控制，与此同时，它也能够及时监控矿井的生产情况。矿井环境安全监测主要是对影响生产安全和矿工人身安全的井下环境因来进行监测，而矿井生产监控系统是用来监测控制煤炭生产所需的主要设备的工作状况。矿井监控系统主要结构最主要的是由各类数据采集传感器模块、控制模块、数据采集模块、信号传输模块和地面中心控制组成的。随着科技技术的不断发展，新一代的煤矿监测监控系统拥有了以下几个主要特征：
1.矿井安全监测系统开放化
在海外，集散监测监控系统大部分都是采用开放系统互连这种的标准模型，以及通信协议或规程，而且比较特别地是，它能够支持多种互连的标准。这样带来的优势是任何集散型的矿井安全监测系统只要遵守这些规定，就可以与其它系统相互建立模型或取得联系，然后就可以组成多节点的计算机局域网络，从而建立数据的通信和共享。
2.矿井安全监测监控系统通用化
最新设计出来的矿井安全监测的系统不但能够满足保证煤矿的安全性的要求，同时重要的也能满足现在生产的需求，而且能够完成各种简单或者复杂的对井下环境参数的监控和监测任务。
3.矿井安全监测监控系统智能化
最新的矿井安全监测的数据采集传感器智能化水平较高，和之前的相比较而言具有很大的不同，而且它的传感器具有自动校正，灵敏度 自动补偿，非线性自动补偿等功能，满足了现在监测的各种要求。
1.2研究现状及发展趋势
1.2.1国外研究现状
在20世纪中期，国外就已经开始研究矿井安全监测系统，到现在已经有60多年的历史了，矿井安全监测系统按照传输信息的不同方式可以分为四种类型：
(1)空分支信号传输系统。英国和日本早期在矿井安全生产中就开始使用这种系统，这种矿井安全监测系统的通信设备是按空分支信号传输方式来传输信号。
(2)频分制信号传输系统。 F+H公司的TF200系统和西德Siemens公司的TST系统是这类系统的代表作，有比较好的参考性。该类系统中的晶体管电路使信息传输的效率得到了提高，频分制信号传输方式是以频率区分频分制为信道，这样一来大大使传输信道的电缆数量降低了。
(3)时分制通信系统。 随着矿井安全监测系统的要求不断提高，时分制系统开始在矿井安全监测系统中得到越来越多的应用，其系统结构是以开放型系统为互连标准模型。它的组成主要是以各个现场测控分站和控制中心总站然后再组成了多个节点式的矿井监测网络。
虽然国外的矿井安全监测系统技术比较先进，但也存在一些不足之处：
(1)国外大多数矿井安全监测设备通信使用的网络是以太网为核心技术，而以太网技术的使用会让整个网络系统的功耗增加不少。
(2)在国外，有些矿井中部分通信设备还是依靠有线传输信号，而有线通信技术的不足会使整个网络系统的传输效率降低很多。
1.2.2 国内研究现状
20 世纪 80 年代初，我国的研究专家才开始对外国煤矿安全监测系统进行研究和学习，这也为我国以后研究矿井安全监测系统提前做好了准备。TF200和DAN6400等一系列从国外引进的矿井安全监测系统的应用也促进了我国矿井安全监测系统的稳定发展。但在使用国外的矿井监测系统的同时，我国也认真分析我国矿井的实际情况，按照因地制宜的原则，我国也改进国外的矿井安全监测系统。研究专家们在参考国外的矿井安全监测系统技术的同时，也自主开发了一些矿井安全监测系统，如 KJ4等，并且得到了应用。但是我国自主研究的系统主要都是分布式的结构系统，而传输系统上采用了时分制频带，这种监测系统的井下分布的监测点较多，所以其数据存储量比较大。然而由于都是通过有线传输数据的，这样就导致了设备成本变高，更重要的是有线传输数据的效率较低。
(3)完善上位机软件。目前煤矿安全监测系统上位机软件只能实现一些基础工作，为了使煤矿安全监测系统更智能化，上位机软件需要添加一些功能。
1.3课题研究的目的及意义
为了解决煤矿事故带来的经济损失和人员伤亡问题，研究出低成本、低功耗且效率较高的矿井安全监测系统成为了首要任务。而将无线 ZigBee 技术同单片机技术相结合研制出的智能水平的矿井安全监测设备具有低成本、低功耗、工作效率高的优点[3]，所以这种矿井安全监测系统成为了大多数煤矿生产中首要选择，这类技术的应用能完成以下目的：
1 引言 1
1.1 监测系统研究的背景及概述 1
1.2 研究现状及发展趋势 2
1.3 课题研究的目的及意义 4
1.4 课题研究的主要内容 5
2 系统的总体设计 5
2.1 几种实现方案比较 5
2.2 设计要求 7
2.3 基于Zigeebee的矿井安全监控系统总体设计 8
2.4 本章小结 10
3 煤矿安全监测系统软件设计 10
3.1 系统软件总体设计 10
3.2 终端节点程序设计 11
3.3 协调器节点程序设计 21
3.4 软件调试 32
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
附录A 39
附录B 55
1 引言
1.1监测系统研究的背景及概述
我国是世界上产煤量最多的国家，产煤量也在逐年递增，煤炭储存量也一直在世界前三，多达六万亿吨。现在能量资源短缺的问题一直影响着每个国家的经济发展，然而其他可利用的能源的价格持续居高不下，但是我国还未被开发利用的煤炭资源至少还有70%。由此可以看出未来的几十年甚至间百年间，作为价格较为低廉的能源煤炭，还会是我国作为生产能源的第一选择，仍会在日常生活和工业经济发展中起着至关重要的作用。然而在我国，95%的煤矿都是在井下进行开产的。而井下的环境比较复杂多变，且煤矿工人教育文化程度一般都比较低，对自身的安全保护意识比较薄弱，所以最近几年来煤矿事故的发生较频繁，也造成了比较大的经济损失和人员伤亡。根据国家安监局煤矿事故数据统计显示，其中80%的煤 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
炭生产事故主要集中在小型煤矿中。由于小型煤矿的矿主不重视安全生产问题，导致了其煤炭事故发生的概率一直居高不下，每年死亡人数也居高不下。而怎样减少甚至杜绝事故和发生事故之后的有效救援变成了我们急需解决的重大问题。通过对多年来的煤矿事故情况分析，可以了解到过高的瓦斯浓度引起的爆炸所引起的事故占了这些事故中的较大比例，而多数煤矿工人也并不是死于爆炸本身，而是由于救援不及时导致死亡的。由此可以看出其根本原因是井上人员对井下工作人员的状况不清楚，不知道井下的环境的变化和矿井工人的具体位置，导致救援毫无目的，浪费了很多宝贵的时间。如果地面人员可以提前预测到井下环境的变化，提前做出预防措施并且可以确定被困人员的具体位置，做出有针对性的救援措施的话，就可以节省时间，大大提高救援的效率。所以矿井安全监测监控系统是矿井安全生产中必不可少的一部分。然而当前市场上的矿井监测系统价格都比较高，这对国有大型煤矿生产造成了很大的经济负担，何况是启动资金较少的中小型煤矿了。所以研究设计出低成本，低功耗，使用简单方便的监测监控系统成为了当下煤矿安全生产中的主要环节。
矿井安全监测系统不仅包括井下环境安全监测控制，与此同时，它也能够及时监控矿井的生产情况。矿井环境安全监测主要是对影响生产安全和矿工人身安全的井下环境因来进行监测，而矿井生产监控系统是用来监测控制煤炭生产所需的主要设备的工作状况。矿井监控系统主要结构最主要的是由各类数据采集传感器模块、控制模块、数据采集模块、信号传输模块和地面中心控制组成的。随着科技技术的不断发展，新一代的煤矿监测监控系统拥有了以下几个主要特征：
1.矿井安全监测系统开放化
在海外，集散监测监控系统大部分都是采用开放系统互连这种的标准模型，以及通信协议或规程，而且比较特别地是，它能够支持多种互连的标准。这样带来的优势是任何集散型的矿井安全监测系统只要遵守这些规定，就可以与其它系统相互建立模型或取得联系，然后就可以组成多节点的计算机局域网络，从而建立数据的通信和共享。
2.矿井安全监测监控系统通用化
最新设计出来的矿井安全监测的系统不但能够满足保证煤矿的安全性的要求，同时重要的也能满足现在生产的需求，而且能够完成各种简单或者复杂的对井下环境参数的监控和监测任务。
3.矿井安全监测监控系统智能化
最新的矿井安全监测的数据采集传感器智能化水平较高，和之前的相比较而言具有很大的不同，而且它的传感器具有自动校正，灵敏度 自动补偿，非线性自动补偿等功能，满足了现在监测的各种要求。
1.2研究现状及发展趋势
1.2.1国外研究现状
在20世纪中期，国外就已经开始研究矿井安全监测系统，到现在已经有60多年的历史了，矿井安全监测系统按照传输信息的不同方式可以分为四种类型：
(1)空分支信号传输系统。英国和日本早期在矿井安全生产中就开始使用这种系统，这种矿井安全监测系统的通信设备是按空分支信号传输方式来传输信号。
(2)频分制信号传输系统。 F+H公司的TF200系统和西德Siemens公司的TST系统是这类系统的代表作，有比较好的参考性。该类系统中的晶体管电路使信息传输的效率得到了提高，频分制信号传输方式是以频率区分频分制为信道，这样一来大大使传输信道的电缆数量降低了。
(3)时分制通信系统。 随着矿井安全监测系统的要求不断提高，时分制系统开始在矿井安全监测系统中得到越来越多的应用，其系统结构是以开放型系统为互连标准模型。它的组成主要是以各个现场测控分站和控制中心总站然后再组成了多个节点式的矿井监测网络。
虽然国外的矿井安全监测系统技术比较先进，但也存在一些不足之处：
(1)国外大多数矿井安全监测设备通信使用的网络是以太网为核心技术，而以太网技术的使用会让整个网络系统的功耗增加不少。
(2)在国外，有些矿井中部分通信设备还是依靠有线传输信号，而有线通信技术的不足会使整个网络系统的传输效率降低很多。
1.2.2 国内研究现状
20 世纪 80 年代初，我国的研究专家才开始对外国煤矿安全监测系统进行研究和学习，这也为我国以后研究矿井安全监测系统提前做好了准备。TF200和DAN6400等一系列从国外引进的矿井安全监测系统的应用也促进了我国矿井安全监测系统的稳定发展。但在使用国外的矿井监测系统的同时，我国也认真分析我国矿井的实际情况，按照因地制宜的原则，我国也改进国外的矿井安全监测系统。研究专家们在参考国外的矿井安全监测系统技术的同时，也自主开发了一些矿井安全监测系统，如 KJ4等，并且得到了应用。但是我国自主研究的系统主要都是分布式的结构系统，而传输系统上采用了时分制频带，这种监测系统的井下分布的监测点较多，所以其数据存储量比较大。然而由于都是通过有线传输数据的，这样就导致了设备成本变高，更重要的是有线传输数据的效率较低。
(3)完善上位机软件。目前煤矿安全监测系统上位机软件只能实现一些基础工作，为了使煤矿安全监测系统更智能化，上位机软件需要添加一些功能。
1.3课题研究的目的及意义
为了解决煤矿事故带来的经济损失和人员伤亡问题，研究出低成本、低功耗且效率较高的矿井安全监测系统成为了首要任务。而将无线 ZigBee 技术同单片机技术相结合研制出的智能水平的矿井安全监测设备具有低成本、低功耗、工作效率高的优点[3]，所以这种矿井安全监测系统成为了大多数煤矿生产中首要选择，这类技术的应用能完成以下目的：
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