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摘 要

我国是煤炭生产与消费大国，在生产中顶板离层常发生安全事故。顶板离层仪用来实时监测矿道顶板离层位移量，预测安全事故来确保矿道的安全，在煤矿产业中有非常广泛的应用。

本文通过对顶板离层仪的工作环境、以及发展情况进行了简单的分析，针对现阶段存在的问题，提出了顶板离层仪的ZigBee无线监控方案。本文采用了 Stm32 嵌入式系统，ZigBee无线通信方式，实现了对顶板离层仪采集数据的实时监控。本文还介绍了ZigBee无线通信协议的特点，通过对ZigBee无线通信网络的分析给出了通讯分站和监测分站合理的软硬件工作方式。之后编写了软件并通过上位机测试了通信情况。

最后通过对系统的整体分析，证明该系统可以稳定而高效的完成监控任务。对于现代化煤矿来说，装配运行性能优越的顶板离层监测系统，可以有效提高煤矿生产效率与安全水平，所以进行矿下无线通信的研究，具有较好的实用价值。

关键词：顶板离层仪监控 Stm32 ZigBee协议 无线通信

Software Design of ZigBee Communication Module for Roof Slot Monitor System

Abstract

China is a big country of coal production and consumption.In the production, safety accidents often occur in roof separation. The top plate laminator is used to monitor the displacement of the roof of the roadway in real time and to predict the safety accident to ensure the safety of the coal mine.It has a very wide application in the coal industry.

In this paper, Through the simple analysis of the working environment and development of the roof separation layer instrument, this paper puts forward the ZigBee wireless monitoring program for the roof separation layer instrument.In this paper, I used Stm32 embedded system and ZigBee wireless communication way, to achieve the roof of the collector data acquisition real-time monitoring. This paper also introduces the characteristics of ZigBee wireless communication protocol, through the ZigBee wireless communication network analysis,it gives the reasonable work way of hardware and software of communication sub-station and monitoring substation reasonable. After that,the paper writes the software and tests the communication situation through the host computer.

Finally, through the overall analysis of the system, we prove that the system can be stable and efficient to complete monitoring tasks. For the modern coal mine, the assembly run performance superior roof separation monitoring system can effectively improve the coal production efficiency and safety level, so the mine under the wireless communication optimization research, has good practical value.

Keywords：Roof Slot Monitor；Stm32；ZigBee Protocol Wireless；Communication

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 4

1.1课题背景与意义 1

1.2 本论文主要研究内容 2

第二章 ZigBee技术与无线传感网络 3

2.1 ZigBee技术 3

2.1.1 ZigBee技术概论及特点 3

2.1.2 ZigBee的通行方式和频带 4

2.1.3 ZigBee协议栈与IEEE802.15.4标准 5

2.1.4 ZigBee网络拓扑结构 5

2.1.5 ZigBee设备类型 7

2.2 无线传感网络 8

第三章 ZigBee无线通信模块的硬件电路设计 9

3.1 中央控制模块 9

3.1.1 主芯片及其电路 9

3.1.2 主芯片特点及封装 9

3.2 ZigBee无线通信模块的芯片及电路 10

3.3 模块化硬件电路 11

3.3.1电源电路 11

3.3.2复位电路 12

3.3.3 晶振电路 13

3.4 ZigBee无线通信系统总体结构 13

3.4.1通信分站 13

3.4.2监控分站 14

第四章 ZigBee无线通信模块的软件设计 16

4.1通信机制 16

4.2通信机制的分析 16

4.2.1实时性分析 16

4.2.2通信延迟分析 17

4.3通信机制的设计 17

4.3.1通信机制工作流程 17

4.3.2信息优先级划分 18

4.4通信机制的实现 18

4.4.1监控分站发射端 18

4.4.2通信分站接收端 19

4.4.3监控分站与通信分站的握手通信 21

第五章 系统调试 23

5.1硬件部分 23

5.2软件部分 24

5.3 软硬件调试 24

结语 26

参考文献 27

致谢 28

第一章 绪论

1.1课题背景与意义

从事故统计来看,顶板事故占到了所有煤矿事故的45%左右，其中85%的事故发生在工作现场,这些事故给国家与人民的生命和财产造成了难以估算的损失。因此实时监控现场有着不可或缺的意义。

顶板事故就是矿道顶板岩层发生相对分离，如果分离程度过大则可能造成塌陷。顶板离层仪就是检测这些分离数据的仪器。作为测量仪相关人员提供相对准确的分离数据。用于预防顶板塌落事故，确保煤矿安全开采、生产。

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