基于ZigBee技术的井下救灾机器人自主通信研究

论文摘要

基于新兴的ZigBee无线射频通信技术,本文提出了一种新型的井下救灾多机器人系统自主通信解决方案。整个系统围绕CC2430片上系统进行硬件电路设计,软件上对Microchip ZigBee协议栈进行裁减,使用裁减后的ZigBee协议栈作为支持。另外,在协议栈的基础之上实现了不同功能器件的部分应用程序开发。整套系统完成了ZigBee网络功能节点的设计,可实现井下救灾机器人自主通信网络的快速搭建,并初步实现了通信节点的简单定位功能。系统设计的目的是在矿难发生后,实现救灾多机器人系统的自主通信,帮助救灾机器人完成井下环境情况的数据采集及遇险人员的定位,为迅速开展救援工作提供有效帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 井下救灾机器人综述
• 1.2 ZigBee 技术发展简介
• 1.3 选题的意义及主要工作
• 2 ZigBee 协议的介绍
• 2.1 ZigBee 技术相关规范
• 2.2 IEEE 802.15.4 协议介绍
• 2.3 ZigBee 协议介绍
• 2.3.1 PHY 层
• 2.3.2 MAC 层
• 2.3.3 NWK 层
• 2.3.4 APL 层
• 2.4 ZigBee 协议技术与其他技术的比较
• 3 井下救灾机器人自主通信网络
• 3.1 井下无线网络拓扑
• 3.2 井下救灾机器人自主通信无线网络构建
• 3.2.1 ZigBee 设备介绍
• 3.2.2 井下无线网络铺设实现
• 3.2.3 树型路由机制
• 3.3 井下无线抗干扰策略
• 3.3.1 空闲信道评估
• 3.3.2 动态信道选择
• 3.4 井下无线网络搭建过程中预期的问题与解决策略
• 3.4.1 ZigBee 网络节点通信距离问题的研究
• 3.4.2 树型网络拓扑结构中路由主干通信的确保机制问题研究
• 4 救灾机器人自主通信系统硬件设计
• 4.1 节点硬件电路主要模块及组成
• 4.2 本质安全型电路
• 4.3 CC2430 片上系统
• 4.4 节点模块电路设计
• 4.5 节点模块底板电路设计
• 4.6 印刷电路板设计
• 5 救灾机器人自主通信系统软件设计
• 5.1 开发环境介绍
• 5.2 ZigBee 协议栈配置
• 5.3 ZigBee 树型网的组网设计与实现
• 5.3.1 总体设计
• 5.3.2 协调器设计
• 5.3.3 路由节点设计
• 5.3.4 终端节点设计
• 5.3.5 ZigBee 树型网的组网实现
• 5.3.6 ZigBee 节点简单定位功能实现
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 底板电路图
• 附录 B 攻读学位期间发表的论文及科研成果