基于ZigBee协议的井下人员定位系统的研究

论文摘要

煤矿作为我国能源的重点行业,它的安全生产得到了国家的高度重视。但是煤矿安全事故还是时有发生,而现有的定位监控系统无法对井下作业人员进行精确的实时跟踪定位,一旦有事故发生,抢险救灾和安全救护工作将受到巨大威胁。为解决上述问题,本文对基于ZigBee协议的井下人员定位系统进行了研究。该系统采用有线与无线相结合的方式,实现了对井下作业人员的实时跟踪定位。系统的整体设计共分为三个部分:协调器节点、路由节点和移动节点的设计。协调器节点和路由节点都采用CC2430芯片,协调器是所有节点的控制中心,负责将井下数据传输给上位机监控系统;路由节点对移动节点的数据进行处理并转发给协调器节点,同时可以与邻居节点进行通信。移动节点采用CC2431定位引擎完成自身的定位功能,并将此信息发送至路由节点。此外,本文对ZigBee协议和定位算法进行了详细研究。通过对现有无线技术的比较,以及ZigBee技术的特点、拓扑结构等的分析,得出ZigBee无线技术更适合井下定位。在定位算法的改进上,提出了一种基于RSSI的加权质心定位算法,通过仿真分析、试验论证,得出该算法较以往质心算法有效的提高了系统的定位精度,并能够满足煤矿井下的无线定位要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 井下人员定位系统的发展现状
• 1.3 本文的研究内容和结构安排
• 1.3.1 本文的研究内容
• 1.3.2 本文的结构安排
• 2. ZigBee 无线技术与ZigBee 协议标准
• 2.1 ZigBee 技术概述
• 2.1.1 ZigBee 技术特点
• 2.1.2 ZigBee 技术的应用前景
• 2.1.3 ZigBee 技术与其他几种短距离无线技术的比较
• 2.2 ZigBee 网络设备类型
• 2.3 ZigBee 网络拓扑结构
• 2.4 ZigBee 协议栈结构
• 2.4.1 物理层（PHY）
• 2.4.2 MAC 层
• 2.4.3 网络层
• 2.4.4 应用层
• 2.5 本章小结
• 3 ZigBee 无线模块及定位算法的研究
• 3.1 ZigBee 无线模块
• 3.1.1 ZigBee 的方案选择
• 3.1.2 CC2430/CC2431 的无线模块
• 3.2 定位算法的研究
• 3.2.1 CC2431 定位引擎
• 3.2.2 信号强度（RSSI）
• 3.2.3 基于RSSI 的加权质心定位算法
• 3.2.4 仿真分析
• 3.3 本章小结
• 4 系统设计
• 4.1 系统的总体设计
• 4.1.1 系统的工作原理
• 4.1.2 系统的设计原则
• 4.2 系统的硬件设计
• 4.2.1 协调器节点的硬件电路设计
• 4.2.2 路由节点的硬件电路设计
• 4.2.3 移动节点的硬件电路设计
• 4.3 系统的软件设计
• 4.3.1 协调器节点的软件设计
• 4.3.2 路由节点的软件设计
• 4.3.3 移动节点的软件设计
• 4.4 本章小结
• 5 系统测试
• 5.1 实验平台的搭建
• 5.1.1 硬件平台的搭建
• 5.1.2 系统软件平台搭建
• 5.2 定位精度测试
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集