基于ZigBee技术的井下无线定位系统的研究与设计

发布时间：2017-05-05 10:14

  本文关键词：基于ZigBee技术的井下无线定位系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在经济飞速发展的今天,能源的需求量也是越来越大,现在虽然有很多新能源逐步投入工业生产,但是它们所占据的比例还是很少,在目前乃至将来很长一段时间,煤炭仍然是我国的主要能源。虽然我国煤矿安全监测日益完善,安全机制日益健全,但是随着煤矿开采深度的加深、规模的扩大,井下作业的危险系数仍然居高不下,矿难时有发生。如果地面能对井下实现高精度的定位,能够实时掌握井下人员的位置,进行实时的调度管理,这将极大提高生产安全和工作效率,并且在发生事故时亦可以准确掌握被困人员数量,实现有针对性的救援。 本文首先介绍了目前常用的比如蓝牙、Wi-Fi、IrDA、NFC等短距离的无线通信技术,比较它们的优缺点之后得出了ZigBee技术具有低功耗、低速率、自组网等特点,应用于煤矿井下无线定位是可行的。随后对ZigBee技术做了一个简单的介绍,侧重于ZigBee的网络拓扑结构和协议栈各层的分析。 本论文深入分析了当前几种常用的定位算法,经过分析比较选择了RSSI算法作为本论文的定位算法,又因RSSI定位算法存在一些不足及缺点,对算法做了改进。 本论文硬件设计采用分块设计方式,整个系统硬件部分主要分为网关节点、路由器节点和定位节点,以及连接网关节点和井上控制中心的光纤网络。硬件设计主要采用TI公司的CC2530作为本论文的核心芯片,用CC2530和射频前端CC2591设计了网关节点和路由器节点,用CC2530芯片设计了定位节点。在硬件设计基础上,本文分析了系统组网过程,完成了个节点的软件设计并进行仿真。 仿真结果显示,本文设计的这种基于ZigBee技术的井下无线定位监控系统,可以实现对井下作业人员的跟踪定位,有利于矿工的调度管理,是一套行之有效的方案。
【关键词】：ZigBee技术 井下人员定位 无线传感器网络
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• Contents10-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 本课题研究意义与背景12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 ZigBee无线传感网络14-17
• 1.3.1 无线传感网络特点15-16
• 1.3.2 无线传感网络应用16-17
• 1.4 本文主要内容17-18
• 2 ZigBee技术及IEEE802.15.4协议概述18-32
• 2.1 近距离无线通信技术18-20
• 2.1.1 现有技术介绍18-19
• 2.1.2 现有技术优缺点比较19-20
• 2.2 ZigBee技术20-23
• 2.2.1 ZigBee技术简述20-21
• 2.2.2 ZigBee网络拓扑结构21-23
• 2.3 ZigBee协议栈架构23-30
• 2.3.1 物理层23-24
• 2.3.2 媒体访问控制层(MAC)24-26
• 2.3.3 网络层26-28
• 2.3.4 应用层28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 ZigBee无线定位技术32-44
• 3.1 节点位置计算方法32-35
• 3.1.1 三边测量法32-33
• 3.1.2 三角测量法33-34
• 3.1.3 极大似然估计法34-35
• 3.2 定位算法的评价指标35-36
• 3.3 定位算法分类36-40
• 3.3.1 与距离无关的定位算法36-37
• 3.3.2 基于距离的定位算法37-40
• 3.4 本论文采用的算法40-43
• 3.4.1 RSSI定位算法存在的缺陷40-41
• 3.4.2 修正的RSSI算法41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 系统总体设计方案及系统硬件设计44-54
• 4.1 系统总体设计方案44-46
• 4.1.1 系统功能44
• 4.1.2 系统总体结构44-46
• 4.2 系统硬件设计46-53
• 4.2.1 ZigBee芯片选择46-48
• 4.2.2 ZigBee网关节点设计48-50
• 4.2.3 ZigBee路由器设计50-52
• 4.2.4 ZigBee标识卡设计52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 5 系统软件设计及仿真54-72
• 5.1 ZigBee开发软件平台54-55
• 5.2 ZigBee协议栈55-60
• 5.3 ZigBee组网设计60-64
• 5.4 定位过程软件设计64-68
• 5.4.1 协调器软件设计64-66
• 5.4.2 路由器软件设计66-67
• 5.4.3 定位节点软件设计67-68
• 5.5 定位算法仿真68-70
• 5.6 本章小结70-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 工作总结72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 作者简介及读研期间主要科研成果80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 黄玉立;童玲;田雨;;基于CC2531+CC2591的WSN节点通信模块设计[J];单片机与嵌入式系统应用;2011年01期

2 刘圆;朱华;;基于Zigbee技术的煤矿安全监控系统[J];工矿自动化;2007年04期

3 张伟;;矿井瓦斯地质影响因素及事故防治探讨[J];科技信息;2011年25期

4 赵琦;陈佳品;李振波;;基于射频CC2520实现的ZigBee通信设计[J];微计算机信息;2010年14期

5 李斌;田亚萍;;ZigBee无线传感器网络在工业领域中的应用[J];陕西科技大学学报(自然科学版);2008年05期

6 苟向松;牛延莉;樊龙;崔容宇;曾超;张化;;ZigBee技术研究概述[J];无线互联科技;2011年02期

  本文关键词：基于ZigBee技术的井下无线定位系统的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：346162