隧道内外ZigBee与GPS综合定位卡研究

论文摘要

隧道施工具有高风险,地质条件复杂多变,施工过程中塌方、有毒气体泄露、恶劣施工环境等对施工人员的人身安全造成很大的威胁,为了保障施工人员的人身安全,系统地研究隧道施工安全的系列保障技术迫在眉睫。为了保障施工人员的人身安全,除了施工监理单位对隧道现场的质量进行实时监督外,对施工人员的考勤、实时位置监控、生命特征采集等措施也应相应实施。为了实现上述保障措施,本文基于ZigBee无线技术与GPS、GPRS技术设计研究了施工人员可随身携带的综合定位卡,既能为远程监控端提供人员考勤、位置信息,又能采集人员的生命特征信息,切实保障了施工人员的安全。定位卡集成了GPS和ZigBee两种定位模块,施工人员位于隧道外GPS卫星信号覆盖范围时,由定位卡中的GPS模块提供定位信息,通过GPRS网络将施工人员信息传输到监控终端；当施工人员进入隧道中,处于GPS信号盲区时,定位卡通过隧道内架设的ZigBee基站,对佩戴有安全定位卡的施工人员进行人员考勤及实时高精度位置定位,改变了原有的仅通过RFID技术对施工人员进行简单人员考勤的局面。定位卡内集成的热释电红外线温度传感器完成施工人员体温信息采集、实时监控,实现了对隧道施工人员的远程安全监控。本文完成了定位卡的硬件设计、软件设计,并对基于信号强度定位的RSSI算法进行了研究,对RSSI算法进行了差分修正,为隧道内ZigBee定位的精度提供了保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 目前隧道状况及施工难题
• 1.1.2 国内外相关技术研究现状分析
• 1.2 本文的研究目的和内容
• 第二章 定位关键技术方案研究
• 2.1 ZIGBEE技术及定位
• 2.1.1 ZigBee协议及应用
• 2.1.2 ZigBee定位关键技术
• 2.2 基于RSSI的ZIGBEE定位算法
• 2.2.1 RSSI算法
• 2.2.2 三边测距法
• 2.2.3 差分修正
• 2.3 GPS定位技术
• 2.3.1 GPS的组成
• 2.3.2 GPS技术原理及应用
• 2.4 GPRS传输技术
• 2.4.1 GPRS技术特点
• 2.4.2 GPRS的基本原理
• 第三章 安全定位卡的硬件设计
• 3.1 ZIGBEE定位接口设计
• 3.1.1 ZigBee模块的选择
• 3.1.2 ZigBee模块硬件电路组成
• 3.2 GPS定位接口设计
• 3.2.1 GPS模块的选择
• 3.2.2 GPS模块硬件电路组成
• 3.3 GPRS传输接口设计
• 3.3.1 GPRS模块的选择
• 3.3.2 GPRS模块硬件电路组成
• 3.4 体温信息采集
• 3.4.1 传感器D2035
• 3.4.2 放大器LM324
• 3.4.3 信号采集电路设计
• 3.5 ARM核心下的系统整体硬件设计
• 3.5.1 ARM最小系统电路设计
• 3.5.2 外围电路设计
• 第四章 WINCE平台下系统的软件设计
• 4.1 WINCE概述
• 4.1.1 WinCE操作系统
• 4.1.2 WinCE特点
• 4.2 WINDOWS CE平台定制
• 4.3 定位卡软件设计
• 4.3.1 ZigBee模块提取定位信息
• 4.3.2 GPS模块提取定位信息
• 4.3.3 GPRS模块信息的发送与接收
• 第五章 隧道施工应用
• 5.1 线性隧道内定位方案
• 5.2 隧道基坑定位方案
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢