基于JN5148的井下人员定位系统的研究

发布时间：2017-07-15 12:30

  本文关键词：基于JN5148的井下人员定位系统的研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 以太网 TOF 中值滤波 均值滤波

【摘要】：目前,煤矿在能源结构中所占比重很大,且矿工下井采矿是获取煤炭资源的主要途径。井下环境复杂、危机四伏,很容易出现瓦斯爆炸、塌方等突发状况。一旦发生事故,矿工随时都有生命危险,准确获取井下人员的位置对救援工作就显得尤为重要。因此,本文设计了井下人员定位系统,旨在实时获取井下人员的位置信息以提高救援的效率。本文在对现有的定位原理及方法的研究基础上,结合工程实际情况,设计了单巷道纵向定位方法；采用TOF时间飞行测量法完成无线测距,解决了井下复杂岩层环境致使电磁波信号严重衰减的问题；基于以太网数据传输的技术,实现了定位数据的有线传输。总体方案采用有线和无线结合的方式实现定位数据的传输,通过对主站、辅站、标示卡多处布点,汇总定位信息,然后以TCP/IP协议的客户端模式上传数据。根据系统总体设计方案,完成了主站板、辅站板和标示卡的硬件电路设计。主站板以STM32F103为核心处理器,它结合网络接口芯片W5100完成基于以太网的数据传输、结合JN5148无线模块完成无线传感器网络的节点数据传输；辅站板和标示卡以JN5148为处理器,进行无线数据的传输；系统使用Keil uVision4和Eclipse软件开发环境完成了相关程序的设计。在已研究成果的基础上搭建了平台,并在教学楼道及学校的空旷场地进行了实验,记录了450米范围内的有效数据,其误差大于10米；在优化阻抗匹配、改善天线增益、增加基于中值滤波及均值滤波的处理算法后,记录了600米范围内的有效数据,其精度小于2.5米,且实际测量的极限距离达到了1200米。实验中数据传输通畅,验证了方案的可行性和实用性。
【关键词】：无线传感器网络 以太网 TOF 中值滤波 均值滤波
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-10
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 基于WSN定位系统的发展概况8-9
• 1.3 本文主要内容9-10
• 2 ZIGBEE技术介绍及无线传感器网络测距定位原理10-16
• 2.1 ZIGBEE技术介绍10
• 2.2 无线传感器网络测距定位原理10-15
• 2.2.1 AOA—基于信号到达角度的测距定位10-11
• 2.2.2 RSSI—基于接收信号强度的测距定位11-12
• 2.2.3 TOA—基于信号到达时间的测距定位12
• 2.2.4 TDOA—基于信号到达时间差的测距定位12-13
• 2.2.5 TOF—基于信号的飞行时间的测距定位13-15
• 2.3 本章小结15-16
• 3 系统总体方案设计16-21
• 3.1 系统总体方案设计16-17
• 3.2 系统的测距定位原理17-18
• 3.3 系统无线网络拓扑结构的选定18-20
• 3.3.1 无线传感器网络拓扑结构18-20
• 3.3.2 井下定位系统拓扑结构20
• 3.4 本章小结20-21
• 4 系统硬件电路设计21-34
• 4.1 主站硬件电路设计21-26
• 4.1.1 最小系统电路21-24
• 4.1.2 主站网口电路24
• 4.1.3 主站无线模块接口电路及下载电路24-25
• 4.1.4 主站设计PCB图与实物图25-26
• 4.2 辅站与标示卡的硬件电路设计26-33
• 4.2.1 标示卡电源电路设计27
• 4.2.2 标示卡充电电路设计27-28
• 4.2.3 射频功率放大电路与控制逻辑电路设计28-29
• 4.2.4 JN5148主控芯片电路设计29-31
• 4.2.5 JN5148标示卡PCB天线的确定31-32
• 4.2.6 JN5148射频部分的阻抗匹配32-33
• 4.3 本章小结33-34
• 5 系统软件设计34-44
• 5.1 无线网络软件设计34-38
• 5.1.1 无线网络的建立34
• 5.1.2 无线网络的加入34-35
• 5.1.3 多点并发设计35
• 5.1.4 主站软件流程图35-36
• 5.1.5 辅站软件流程图36-37
• 5.1.6 标示卡软件流程图37-38
• 5.2 以太网软件设计38-43
• 5.2.1 TCP/IP的分层39
• 5.2.2 客户端与服务器的选取39-40
• 5.2.3 基于W5100的软件设计40-41
• 5.2.4 端口接收与发送缓冲区的操作机制41-43
• 5.3 本章小结43-44
• 6 系统测试及结果分析44-55
• 6.1 无线通信实验平台搭建44-47
• 6.2 系统实验及误差处理47-49
• 6.3 系统改进49-54
• 6.3.1 微带接口的匹配优化49
• 6.3.2 天线的优选49-50
• 6.3.3 误差处理的改进50-51
• 6.3.4 实验数据分析51-52
• 6.3.5 误差处理算法52-54
• 6.4 本章小结54-55
• 7 结论与展望55-56
• 7.1 结论55
• 7.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-61

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邱理科;;煤矿井下人员定位系统原理及应用[J];煤矿现代化;2007年01期

2 李春民;;井下人员定位系统[J];现代职业安全;2010年02期

3 张树新;孙丽婉;郝秀美;;煤矿考勤与井下人员定位系统的设计与分析[J];硅谷;2010年07期

4 鹿剑;徐立军;郭亮;;煤矿井下人员定位系统的设计[J];工业控制计算机;2010年09期

5 吴晓卿;;新桥矿业公司井下人员定位系统进入实施阶段[J];化工矿物与加工;2011年08期

6 刘西青;;基于工作任务的构建煤矿井下人员定位系统的教学设计[J];山西煤炭管理干部学院学报;2011年04期

7 杨清花;;矿山井下人员定位系统[J];甘肃冶金;2012年02期

8 孙蓓;王立杰;黄国君;;基于蓝牙技术的井下人员定位管理系统[J];中国煤炭;2007年10期

9 刘瑞玲;景国勋;;煤矿井下人员定位系统研究[J];安全与环境工程;2008年04期

10 郭椺;李郴;郑岚;杨敏;徐元元;赵伟;;煤矿井下人员定位系统的现状和发展[J];江西煤炭科技;2008年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李万仕;;煤矿井下人员定位系统在下沟矿的应用[A];第三届全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集[C];2012年

2 王仁龙;;国内煤矿井下人员定位系统现状探讨[A];第3届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2008年

3 成红玉;;井下人员定位系统上位机监控软件的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

4 郭克震;;基于ZigBee的井下人员定位系统无线分站的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

5 刘斌;;基于ZigBee技术的井下人员定位网络系统[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

6 解迎刚;尹根成;王志良;赵清有;;基于Supermap的二代井下人员定位系统及逃生路线规划研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第三分册）[C];2009年

7 申婕;;基于ZigBee技术的井下人员定位系统读卡器的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

8 李海鹏;颜文婧;;基于ZigBee井下人员定位系统分站的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

9 侯晓宁;;基于ARM7的井下人员定位系统传输接口的研究[A];煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）[C];2011年

10 陈旭昌;;基于RFID的煤矿井下人员定位与管理系统设计[A];第十七届全国煤矿自动化学术年会、中国煤炭学会自动化专业委员会学术会议论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 董泽民、常云亮;开滦井下人员定位系统全面投入运行[N];唐山劳动日报;2011年

2 ;贵阳推广煤炭产量监控和井下人员定位系统[N];经理日报;2007年

3 颜廷兵 曹国霞;山东肥城矿业白庄矿建成井下人员定位系统[N];中华新闻报;2008年

4 通讯员 田锋 王川;阜康市煤矿安装井下人员定位系统[N];昌吉日报;2008年

5 记者董泽民;开滦集团井下人员定位全方位覆盖[N];中国煤炭报;2011年

6 吕军 李菊红 李延山;为职工打造“护身符”[N];中国煤炭报;2009年

7 记者 张煜;东泰率先安装井下人员定位系统[N];六盘水日报;2008年

8 廖选勇;韦家沟煤矿井下人员定位系统投用[N];经理日报;2008年

9 马世骏;瑞典防矿难,用高科技武装到牙齿[N];新华每日电讯;2006年

10 本报记者 张蕾;井下定位系统的应用是实现科技兴安的必由之路[N];中华合作时报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵正杰;基于无线传感网络的井下人员定位和瓦斯监测关键技术研究[D];中北大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张晶;基于RFID的井下人员定位技术研究[D];河北联合大学;2014年

2 植宇;基于ZigBee网络的井下人员定位技术研究[D];太原科技大学;2015年

3 张亮;基于WIFI的煤矿井下人员定位系统的研究[D];安徽理工大学;2016年

4 王丽娜;基于Wi-Fi的煤矿井下人员定位技术研究[D];河南理工大学;2015年

5 康琛笠;新源煤矿井下人员定位考勤管理系统的设计与实现[D];吉林大学;2016年

6 聂祚钦;基于JN5148的井下人员定位系统的研究[D];西安工业大学;2016年

7 徐宏雷;井下人员定位系统研究[D];辽宁工程技术大学;2009年

8 刘涛;煤矿井下人员定位系统的设计与实现[D];厦门大学;2013年

9 王晟哲;煤矿井下人员定位系统的设计与实现[D];西安石油大学;2013年

10 邓凯伦;井下人员定位系统的研究[D];西安工程大学;2015年

，

本文编号：543903