基于ZigBee网络的智能铁鞋状态无线监督管理系统研究

发布时间：2017-06-24 14:02

  本文关键词：基于ZigBee网络的智能铁鞋状态无线监督管理系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国幅员辽阔,铁路线路分布广泛,停留作业的车辆众多,作业环境复杂。对停留的车辆采取必要的防溜措施是保障铁路安全运输的重要手段,国内车站主要是利用铁鞋固定在钢轨踏面与车轮之间来防止停留的车辆溜逸。对铁鞋实施科学的管理以及提高铁鞋的利用效率与我国铁路安全运输有着密切的联系,目前的操作方法是让铁路工人每隔一段时间就去火车停留现场检查铁鞋的状态是否正常。这样做不但耗时间管理效率不高,而且容易受到铁路工人的工作态度是否严谨、操作是否规范等主观因素的影响。针对这种情况,研制一种既可以避免因人的主观因素引起的事故,又可以智能化监管铁鞋的系统对我国的铁路运输有着深远的意义。论文通过对国内铁路防溜现状的分析,提出了一种基于ZigBee网络的智能铁鞋状态无线监督管理系统的结构和设计方案。该设计方案采用ZigBee无线网络和超声波定位技术相结合,来实现铁鞋状态的监测和定位。ZigBee无线通信技术具有传输可靠、组网灵活、稳定性高、实时性好、能耗低的特点,超声波具有穿透力强、方向性好等特点。这两个技术的结合成为本课题的设计亮点,通过该设计方案可以有效地解决传统设计方案中铁鞋定位精度不高的问题。论文主要的研究工作及成果如下:(1)把超声波测距技术与TOA定位算法相结合来达到精确定位的目的,从而有效解决了现有智能铁鞋定位精度不高的问题。(2)利用ZigBee无线传感网络来实现作业现场与监控室之间状态信息的实时交换,避免了因人为因素引起的各类事故。(3)利用LC0701-3型加速度传感器来实现防止人为移动铁鞋的目的,有效地解决了铁鞋因各种原因发生遗失的情况。(4)在软件设计方面,通过把嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植到微控制器C8051F040中简化系统的开发过程,同时也利于以后的系统维护与升级。最后,对本系统进行了现场测试。经测试表明,系统的各个功能模块基本达到设计要求。经过进一步完善,该装置将会通过相关的技术认证,在全国铁路上推广使用。
【关键词】：智能铁鞋 超声波定位 ZigBee无线传输协议 TOA算法
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U284.63;TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-12
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究现状10-11
• 1.3 研究内容11-12
• 第二章 ZigBee无线传输协议12-19
• 2.1 ZigBee无线传输协议概述12
• 2.2 网络拓扑结构与网络的建立12-13
• 2.2.1 网络拓扑结构12-13
• 2.2.2 网络的建立13
• 2.3 ZigBee无线传输协议结构13-19
• 2.3.1 应用层(APL)14
• 2.3.2 网络层(NWK)14-15
• 2.3.3 介质访问控制层(MAC)15-17
• 2.3.4 物理层(PHY)17-19
• 第三章 超声波测距技术19-21
• 3.1 超声波概述19-20
• 3.1.1 超声波的特点19
• 3.1.2 超声波的产生19-20
• 3.2 超声波测距原理20-21
• 3.2.1 收发同体式测距模式20
• 3.2.2 收发分体式测距模式20-21
• 第四章 铁鞋监测系统的设计方案21-25
• 4.1 整体结构设计21
• 4.2 总体设计方案21-22
• 4.3 系统的工作流程22-25
• 第五章 铁鞋监测系统的硬件设计与实现25-39
• 5.1 核心芯片介绍25-27
• 5.1.1 CC253025-26
• 5.1.2 C8051F04026-27
• 5.2 ZigBee网络节点的硬件设计27-31
• 5.2.1 电源模块设计27
• 5.2.2 串口通讯模块27-28
• 5.2.3 功率放大模块28-29
• 5.2.4 天线介绍29-31
• 5.3 防移动模块硬件设计31-34
• 5.3.1 加速度传感器31
• 5.3.2 电源模块31-32
• 5.3.3 运放电路32-34
• 5.4 超声波发射模块设计34-37
• 5.4.1 振荡电路34-35
• 5.4.2 功率放大电路35
• 5.4.3 控制电路35-37
• 5.5 超声波接收模块设计37-39
• 5.5.1 滤波电路37-38
• 5.5.2 放大电路38-39
• 第六章 铁鞋监测系统的软件设计与实现39-48
• 6.1 ZigBee网络节点的软件设计39-41
• 6.1.1 网关节点的软件设计39-40
• 6.1.2 终端节点的软件设计40-41
• 6.2 移植?C/OS-Ⅱ到微控制器41-44
• 6.2.1 ?C/OS-Ⅱ的移植条件及步骤41-42
• 6.2.2 编写移植代码42-43
• 6.2.3 移植测试43
• 6.2.4 内存问题43-44
• 6.3 定位算法44-47
• 6.3.1 TOA定位算法45-46
• 6.3.2 RSSI定位算法46
• 6.3.3 AOA定位算法46-47
• 6.4 上位机界面设计47-48
• 第七章 铁鞋监测系统测试48-55
• 7.1 测距精度测试48-52
• 7.2 定位精度测试52
• 7.3 数据接收率与接收信号强度测试52-54
• 7.4 防移动功能测试54-55
• 第八章 总结55-56
• 8.1 本课题工作总结55
• 8.2 今后工作展望55-56
• 参考文献56-58
• 发表论文和科研情况说明58-59
• 致谢59

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