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基于无线Mesh网络井下环境监控系统的设计与实现的任务书
一、任务背景
煤矿井下环境条件复杂，工人处于高温、高湿、高尘、高噪声和有毒气体等多种有害条件之下，容易引起职业病，甚至危及生命。因此，为了保障煤矿工人的身体健康和安全，煤矿必须建立起完善的环境监测系统，实时监测井下环境各项指标，及时发现并预警危险因素。
现有的井下环境监控系统常见的是有线连接式的系统，其缺点在于布线成本高昂、安装调试难度较大、维护成本高等。而采用无线Mesh网络的环境监控系统，则可以解决这些问题，不同于其它无线网络，无线Mesh网络具有异构性，对于单一节点甚至网络部分下线，都不会影响整个网络的工作状态，而且可以扩展不同类型的传感器、视频、语音和数据设备。因此，无线Mesh网络逐渐成为煤矿井下环境监控系统的首选方案。
本文主要目的是设计并实现一种基于无线Mesh网络的井下环境监控系统，旨在提高煤矿作业人员的工作环境，保障其身体健康和安全。
二、任务要求
1.设计一个基于无线Mesh网络的井下环境监测系统，包括采集节点、中心节点、网关无线Mesh网络等构建；
2.完成传感器节点的选型、设计和制作；
3.完成数据通信的协议选型、通信性能测试以及数据传输的可靠性考虑；
4.实现井下环境检测数据的实时采集、处理、存储与分析；
5.实现报警机制，对环境温度、湿度、烟雾、甲烷等环境指标异常情况进行报警；
6.完成系统的可视化界面设计，能够实现远程监控和数据显示；
7.实现系统的实时数据查询、历史数据查询和统计分析功能；
8.撰写系统实现的详细设计文档和系统实现的测试、优化、验证、报告等相关文献材料；
9.完善技术文档资料，并在实验室进行系统硬件与软件开发及测试、调试等相关工作。
三、任务方案
1.无线传感器节点设计和制作
本系统主要监测煤矿井下的环境指标，例如温度、湿度、有害气体浓度等，传感器节点需要采集这些数据，并通过无线Mesh网络传输到中心节点。因此，传感器节点应当选用低功耗、稳定可靠、易于布局部署的传感器，如DS18B20数字温度传感器、DHT22数字湿度传感器，MQ-2甲烷气体传感器等。
2.网络架构设计
Mesh网络是一种自组织、自修复和自适应的网络架构，由于其拓扑结构是网状结构，节点可以任意连接，因此避免了传统无线网络的单点故障问题。结合煤矿内环境的复杂性，在系统设计中应采用多个无线中继节点增强网络传输的稳定性和可靠性。
3.系统数据库设计
系统需要监测井下环境并将数据进行实时采集、统计存储以及历史数据查询，因此需要设计一个数据库用于存储和管理环境参数信息，例如数据采集时间、传感器类型、数据数值等，以及基于数据库实现的数据分析和统计功能。
4.实时数据获取和报警机制设计
本系统需要实时获取煤矿井下的环境数据，并根据一定的预设规则发出环境参数异常报警信息，以及相应的预警提示。例如，当环境温度、湿度和甲烷气体浓度等指标超出预设阈值时，将自动发送报警信息给相应的工作人员。
5.系统界面设计与实现
系统应该具有友好的操作界面，便于操作和查询系统各项数据。可以基于B/S体系结构开发Web管理界面，使用现有开源UI框架，如Bootstrap实现美观、操作简单的界面，并实现数据可视化展示。
6.系统测试与性能优化
在系统设计完成后，需要对系统功能进行综合测试、性能优化，确保系统能够在实际工作环境下高效稳定的运行，同时把优化结果纳入到系统开发文档中。
四、任务进度
本系统任务从2021年6月份开始，计划分为如下五个阶段完成：
第一阶段：2021年6月至2021年7月，完成系统的需求分析以及任务书的撰写和提交。
第二阶段：2021年8月至2021年9月，完成无线传感器节点的选型，设计和实现。
第三阶段：2021年10月至2021年11月，完成无线Mesh网络的构建，基于通信协议的选型和通信性能的测试与考虑。
第四阶段：2021年12月至2022年1月，完成井下环境数据的实时采集、处理、存储与分析，并实现实时报警机制。
第五阶段：2022年2月至2022年3月，完成系统的可视化界面设计和实现，测试系统的性能并进行相关文献资料整理。
五、参考文献
[1]刘慧强，来自研究领域的网络现象--Mesh网络，中国通信，2005年第9期。
[2]王延振，浅析煤矿安全生产的需求，煤炭科学技术，2018年第3期。
[3]郭京，基于ZigBee无线传感器网络的车厢室内环境监控系统的设计与实现，技术交流，2019年第4期。
[4]XingqiangWu，基于无线Mesh网络的环境检测系统设计，IEEE会议论文集，2012年。