基于ZigBee技术矿井下人员定位系统关键技术研究

论文摘要

煤矿的自然环境复杂,存在多种安全隐患。近年来我国煤矿事故频繁发生,造成重大经济损失和人员伤亡,现有的煤矿安全监控系统己经无法满足安全生产的需要。无线传感器网络是集无线通信、数据采集和信息处理功能于一体的新型分布式自组织数据采集网络。将无线传感器网络应用于煤矿安全监测,将有效地提高煤矿安全生产监控和管理水平。在此背景下,本文对煤矿监控无线传感器网络通信协议、移动节点接入切换机制和定位应用技术进行了研究。1本文讨论了基于Zigbee技术在井下人员定位系统的应用研究。根据矿井下环境特点,改进了移动节点的接入和切换方式。仿真结果表明提高移动节点入网成功率,减少了端到端的延时和丢包率,提高了数据传输效率。2本文对AODV路由协议做了介绍,然后根据矿井环境的特点对它进行了改进,仿真结果表明改进后的协议更适合与井下无线传感器网络。3本文把RADAR定位技术应用到矿井中,提高了定位精度。现今,国内煤矿安全生产的要求越来越高,因此建立可靠实用的煤矿井下人员跟踪定位系统对煤矿的安全生产管理有着重要的现实意义。本论文解决了无线传感器网络在井下应用中的关键技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出背景
• 1.2 课题的提出
• 1.3 课题提出的主要内容
• 2 我国矿井人员跟踪定位技术现状
• 2.1 国内外发展现状
• 2.2 Zigbee与RFID在井下人员跟踪定位应用中的比较
• 2.3 ZigBee技术与其它无线技术的比较
• 2.3.1 红外线技术
• 2.3.2 漏泄通信技术
• 2.3.3 蓝牙技术
• 2.3.4 UWB技术
• 2.3.5 wi-Fi技术
• 2.4 井下巷道中无线电的传输特性
• 2.5 本章小结
• 3 ZigBee技术简介
• 3.1 引言
• 3.2 ZigBee技术的特点
• 3.3 ZigBee简介
• 3.4 ZigBee网络层与路由协议
• 3.4.1 网络层概述
• 3.4.2 网络和设备维护
• 3.5 本章小结
• 4 井下移动节点的接入切换机制
• 4.1 ZigBee网络设备
• 4.1.1 建立新网络
• 4.2 节点地址分配
• 4.3 Zigbee网络移动节点的接入和切换
• 4.3.1 允许设备加入网络
• 4.3.2 移动节点加入网络
• 4.3.3 移动节点离开网络
• 4.4 改进后的移动节点接入方式
• 4.5 移动节点入网仿真实验
• 4.6 本章小结
• 5 矿井无线网络路由设计
• 5.1 现有路由协议
• 5.2 矿井无线传感器路网络由设计
• 5.2.1 井下节点拓扑与环境特点
• 5.2.2 移动节点和信标节点之间的路由
• 5.2.2.1 移动节点的工作方式
• 5.2.3 信标节点之间的路由
• 5.2.3.1 AODV路由简介
• 5.2.3.2 改进的AODV路由
• 5.2.3.3 路由协议仿真及结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 井下定位算法
• 6.1 定位算法简述
• 6.2 提出适合本课题的定位算法
• 6.3 RADAR定位技术在井下应用
• 6.3.1 环境对RSSI测量的影响
• 6.3.2 RADAR定位技术
• 6.3.3 井下RADAR定位算法
• 6.3.4 井下基于测距的定位方法
• 6.4 本章小结
• 7 定位系统软件的实现
• 7.1 系统概述
• 7.2 软件结构图
• 7.3 井上监控软件设计
• 7.4 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者论文发表情况