ZigBee定位技术及其在搜救系统中的应用研究

论文摘要

无线传感器网络是一种综合了各种新兴技术的通信网络,网络节点可佩带多种不同性能的传感器,方便人们收集各种不同的信息。无线传感器网络的出现大大提升了人们与现实世界的交互能力。这种应用性的网络被广泛运用于军事,环境监测,医疗监护,保健,工业,商业,家居等各种不同的领域。生命探测仪是目前安全救生领域的关键,在面对灾后人员搜救方面,它有着极强的优势,在汶川大地震的时候,有很多人得到了生命探测仪的帮助得以获救,在日本福岛大地震中,生命探测仪也发挥了很大的效用。论文的目的是在无线网络的基础上建立生命探测系统,使二者的优势在同一平台下得以发挥。本文通过对目前比较常见的几种无线网络协议进行比较,选出ZigBee协议作为搜救系统的网络通信协议,在对协议栈做了深入的分析和研究后,对于协议的总体框架,协议的各层关系和协议提供的API函数有了了解,对于协议栈的实际程序运行情况有所认识。对于多种定位算法进行对比和分析,选出适合ZigBee协议的算法,同时提出了该算法的不足。在能够满足对于人员搜救的要求的同时对选定的方法做了修改,提高了算法的精度。通过对满足ZigBee协议栈的多种芯片设计方案做对比,选择CC2430作为本次设计的核心芯片。在前面工作的基础上设计搜救平台的整体需求,完成搜救平台的方案设计并做了软件设计,调试成功。最后测试了不同障碍下系统的点对点通信情况,信号强度指示和定位情况,并对数据进行分析。论文实现了待救援人员的生命体征的提取和定位,具有一定的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题背景
• 1.3 生命探测仪在国内外的发展情况
• 1.4 无线传感器网络的发展
• 1.5 ZigBee 技术在生命探测仪中应用的意义
• 1.6 研究内容
• 1.7 论文结构
• 第2章 研究基础
• 2.1 无限传感器网络的特点
• 2.2 ZigBee 协议栈分析
• 2.2.1 协议栈的各层内容
• 2.2.2 ZigBee 不同版本协议栈的对比
• 2.2.3 协议分析仪抓包
• 2.3 多种定位算法的比较
• 2.4 传感器的选择
• 2.5 网络地址分配与寻址
• 2.5.1 地址分配
• 2.5.2 寻址的比较与选择
• 2.6 本章小结
• 第3章 生命探测仪的设计方案
• 3.1 系统整体搭建图和总体软件框图
• 3.2 芯片的选取
• 3.3 CC2430 芯片的主要特点
• 3.4 RSSI 的获取
• 3.5 定位算法的设计
• 3.5.1 RSSI 测距原理
• 3.5.2 定位算法的改进
• 3.6 ZigBee 协议
• 3.7 网络设备选型
• 3.7.1 全功能设备（FFD）
• 3.7.2 精简功能设备（RFD）
• 3.8 网络拓扑结构的选择
• 3.8.1 星型网络
• 3.8.2 树型网络
• 3.8.3 网状网络
• 3.9 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 硬件部分
• 4.1.1 CC2430 芯片内部结构
• 4.1.2 硬件框图及电路
• 4.1.3 硬件电路
• 4.2 搜救设备和呼救设备
• 4.2.1 搜救设备
• 4.2.2 呼救设备
• 4.2.3 胸腹式呼吸传感器
• 4.3 电源模式
• 4.4 本章小结
• 第5章 软件设计
• 5.1 系统软件结构
• 5.2 开发平台
• 5.3 协议栈的构架和实现
• 5.4 协议栈任务添加
• 5.4.1 添加任务
• 5.4.2 任务初始化
• 5.4.3 任务处理函数
• 5.4.4 按键函数
• 5.4.5 接收处理函数
• 5.5 搜救系统软件设计
• 5.6 数据采集程序设计
• 5.7 节点入网
• 5.8 本章小结
• 第6章 系统测试
• 6.1 测试环境平面图
• 6.2 系统测试
• 6.2.1 点对点丢包率测试
• 6.2.2 节点自带传感器测试
• 6.2.3 链路质量检测
• 6.2.4 搜救系统测试
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）