基于ZigBee技术的井下人员定位系统设计

论文摘要

目前,我国煤矿工作环境恶劣,存在严重的安全隐患,煤矿事故经常发生,造成大量的人员伤亡和严重的经济损失,现有的矿井安全监测系统不能够满足安全生产需要。ZigBee是一种新兴的无线通信技术,它集数据采集、数据处理以及无线通信功能于一体的自组织分布式信息采集网络,其具有低功耗、低成本、网络容量大以及高可靠性等特点。本文采用ZigBee技术来实现井下人员跟踪定位,此技术将大幅度提高矿井安全生产管理水平。本文在分析现有定位技术的基础上,研究了现有井下人员定位以及ZigBee技术在国内外的发展现状,深入探讨了ZigBee无线通信技术,其技术是基于IEEE802.15.4标准的ZigBee协议和RSSI的定位算法。同时根据系统的设计要求和工作原理,制定了基于ZigBee技术的井下人员定位系统总体方案。该系统无线收发模块采用的核心为CC2431和CC2430芯片,在本文中对其相应的硬件电路进行了详细的介绍。关于系统通信软件部分,设计了网关、参考节点和定位节点的程序,并结合ZigBee技术建立一个无线通信网络,将井下人员的位置信息实时传输到地面计算机的图形监控界面上,实现定位节点的实时跟踪定位功能。最后,本文介绍了系统的测试过程并对数据结果进行分析。经过分析得到,系统定位误差小于3m,满足设计要求。本文实现了基于ZigBee技术的井下人员定位系统的软硬件设计,解决了目前井下定位系统的弊端,真正实现了井下人员实时跟踪定位。该系统会在煤矿安全监控中起到重要的作用,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外井下人员定位的发展现状
• 1.2.2 国内井下人员定位的发展现状
• 1.2.3 ZigBee 技术背景和发展现状
• 1.3 本文的研究内容及结构安排
• 第2章 ZigBee 无线通信技术及定位算法
• 2.1 ZigBee 技术概述
• 2.1.1 ZigBee 概要
• 2.1.2 ZigBee 的网络拓扑结构
• 2.2 基于IEEE802.15.4 的ZigBee 协议栈
• 2.2.1 物理层
• 2.2.2 MAC 层
• 2.2.3 网络层
• 2.2.4 应用层
• 2.3 基于RSSI 的定位算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计
• 3.1 系统功能
• 3.2 系统方案的选择
• 3.3 系统的设计原则
• 3.4 系统的结构与组成
• 3.5 系统的工作原理
• 3.6 ZigBee 节点硬件的设计
• 3.6.1 微处理器模块的设计
• 3.6.2 天线的设计
• 3.6.3 网关的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统的软件设计
• 4.1 网络平台的建立
• 4.1.1 建立网络
• 4.1.2 加入网络
• 4.2 网关节点程序设计
• 4.3 参考节点程序设计
• 4.4 定位节点程序设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实现过程及结果分析
• 5.1 系统的调试
• 5.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢