基于Zigbee井下人员定位系统构建与开发

发布时间：2017-05-07 15:00

  本文关键词：基于Zigbee井下人员定位系统构建与开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国家越来越重视金属矿山的安全生产工作以及现代管理金属矿石的需求,井下人员定位和金属矿山安全监测系统越来越体现出其重要性,它们在金属矿安全生产方面具有举足轻重的作用。目前国内外所提出的大部分定位系统中,存在很多的缺点,比如定位不精确,设备功耗大,网络组织性能差,这些都会影响到最后矿井人员的救援,造成不必要的人员损失。因此,研究一项井下矿工定位监控软件系统的课题是非常重要的,具有一定的社会价值。本文以Zigbee无线传感器网络技术为基础。针对以往定位系统的缺点进行需求分析,分析包括井下环境的定位特点、井下人员的定位功能和性能需求。在需求分析的基础上,深入研究常用定位技术,最终选择RSSI定位技术来实现定位过程。以需求分析和RSSI定位算法为依据,为矿井定位系统设计模型,模型包括井上与井下两部分,井下是硬件设备网络环境的搭建,井上是管理人员上位机的原型定位软件系统；在设计定位系统模型的过程中,还对模型的定位过程做了深入的研究,分析了主动定位过程与被动定位过程,为硬件网络环境的搭建打下了坚实的理论基础。对Zigbee硬件设备研究并熟悉后,在实验室进行网络环境的搭建,为了验证设备能够正常运行,还做了定位测试实验。为了满足定位具有一定的精确度,对参考节点的部署做了相关研究,最终部署合适数量的参考节点以及适当的参考节点间距来使得定位更加精确。建立具有一定精确度的Zigbee无线网络环境后,在此基础上进行二次开发,设计主要功能模块,其中人员定位和轨迹回放是软件的核心功能,为井下人员定位开发一套有效的定位原型系统。通过对课题的深入研究,本文得到的研究成果有：在分析井下环境的基础上,对人员定位的功能和性能做了进一步完善；所设计的系统模型,适用于目前国内大部分的中小型矿井；深入研究了成都无线龙公司的Zigbee定位设备,并做了参考节点与定位精确度相关性的测试；软件系统实现了人员定位与轨迹回放,在实际中对救援工作有着极大的帮助。
【关键词】：无线传感器网络 ZigBee 人员定位 矿井
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD76;TN92
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景和研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.3 研究的目的15
• 1.4 论文研究的主要内容15-17
• 1.5 本章小结17-18
• 2 ZigBee技术18-28
• 2.1 ZigBee的定义18-20
• 2.2 ZigBee协议20-21
• 2.3 ZigBee协议栈简介21-24
• 2.4 ZigBee寻址模式24-25
• 2.5 ZigBee网络拓扑结构25
• 2.6 ZigBee的特征25-27
• 2.7 本章小结27-28
• 3 定位原理和定位算法分析28-36
• 3.1 井下人员定位的需求分析28
• 3.1.1 分析井下特点28
• 3.1.2 井下人员定位的功能需求28
• 3.1.3 井下人员定位的性能需求28
• 3.2 常用定位技术28-29
• 3.2.1 无参考点的定位技术28-29
• 3.2.2 有参考点的定位技术29
• 3.2.3 两个相比较29
• 3.3 TOA定位技术29
• 3.4 TDOA定位技术29
• 3.5 AOA定位技术29-30
• 3.6 RSSI定位技术30-32
• 3.7 矿井定位系统模型的设计32-33
• 3.8 系统模型的定位过程33-35
• 3.8.1 被动定位过程33-34
• 3.8.2 主动定位过程34-35
• 3.9 本章小结35-36
• 4 网络环境搭建与实验验证36-56
• 4.1 系统硬件设备36-41
• 4.1.1 C51RF-CC2431-ZDK在线仿真器36-37
• 4.1.2 网络液晶扩展板37-38
• 4.1.3 电池板38-39
• 4.1.4 串口电路39
• 4.1.5 CC2431/CC2430无线定位引擎装置39-41
• 4.2 硬件系统的软件开发平台IAR Embedded Workbench41-42
• 4.3 各设备程序的加载42-45
• 4.3.1 硬件连接42-43
• 4.3.2 网关(COORD)程序加载43-44
• 4.3.3 参考节点(ROU)程序加载44-45
• 4.3.4 移动节点(BlindNode)程序加载45
• 4.4 定位实验45-49
• 4.5 参考节点的部署原则49
• 4.6 参考节点部署与定位精确度相关性的研究49-55
• 4.6.1 参考节点的数量与定位精确度50-53
• 4.6.2 参考节点的距离与定位精确度53-55
• 4.7 本章小结55-56
• 5 人员定位软件原型系统的设计与实现56-62
• 5.1 主要功能模块56-57
• 5.2 配置功能57-58
• 5.2.1 地图配置57
• 5.2.2 人员配置57-58
• 5.3 数据采集58
• 5.4 数据显示58-59
• 5.5 轨迹回放59-60
• 5.6 人员历史分布60
• 5.7 人员实时查询60-61
• 5.8 本章小结61-62
• 6 结论62-63
• 6.1 总结62
• 6.2 下一步的工作展望62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 致谢67-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孙恩吉;李仲学;李翠平;;基于RFID及WSN技术的矿山实时三维定位及灾害预警平台[J];中国安全生产科学技术;2009年03期

2 王福豹,史龙,任丰原;无线传感器网络中的自身定位系统和算法[J];软件学报;2005年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 韩丽娜;基于ZigBee的矿井人员管理系统设计[D];同济大学;2007年

  本文关键词：基于Zigbee井下人员定位系统构建与开发，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：350042