基于Zigbee的低功耗人员定位系统的设计和实现

论文摘要

本文在对国内相关科研院所以及现代化矿井做了广泛调研的基础上,应用计算机软硬件、信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等技术,提出了基于传感网技术的井下人员定位系统的设计方案。该系统主要用于煤矿井下和隧道作业人员的定位跟踪。该系统硬件主要由标识卡、读卡分站和传输分站等三部分组成。标识卡用于发送携带者ID号码；读卡分站主要用于记录ID号码,并将数据传送给传输分站；传输分站把数据传到主控中心。该系统软件可提供给使用者分类、过滤、搜索和报告生成等功能。系统记录的信息包括标识卡、使用者、读卡分站、传输分站和时间的历史明细等。论文的主要工作包括：1)分析IEEE802.15.4和ZigBee协议及ZigBee技术的特性和通信原理,研究Microchip的ZigBee协议栈及其具体实现方式,并能初步应用协议栈实现具体功能；2)根据节点成本和功耗的要求,选用微处理器和无线传输芯片,组建传感网节点,包括电路连接,相应外围电路设计,PCB制作等,并进行了降低功耗的研究和测试；3)分站的硬件平台设计；4)系统软件的编写和测试,包括标识卡、读卡分站和传输分站的软件编写和测试。论文主要解决了在应用无线通讯技术进行人员定位时定位标示卡使用时间短、功耗大以及无线接收分站覆盖距离短等问题,提高了无线人员定位系统的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 无线人员定位系统简介
• 1.2 无线传感网络简介
• 1.3 ZigBee技术简介
• 1.4 本文的主要工作及论文结构
• 1.4.1 本文主要工作
• 1.4.2 论文结构
• 2 ZigBee协议及应用设计
• 2.1 ZigBee协议结构
• 2.2 ZigBee拓扑结构
• 2.3 ZigBee数据通信
• 2.3.1 数据通信
• 2.3.2 帧结构
• 2.4 ZigBee协议各层的主要功能
• 2.4.1 物理层
• 2.4.2 MAC层
• 2.4.3 网络层
• 2.4.4 应用层
• 2.5 本章小结
• 3 硬件平台的设计
• 3.1 ZigBee射频芯片选型
• 3.1.1 TI公司芯片介绍
• 3.1.2 Freescale公司芯片介绍
• 3.1.3 选型依据
• 3.2 单片机选型
• 3.2.1 标识卡单片机选型
• 3.2.2 分站CPU选型
• 3.3 标识卡电路的设计
• 3.3.1 CC2520介绍
• 3.3.2 标识卡具体电路实现
• 3.3.3 标识卡PCB设计
• 3.4 读卡分站电路设计
• 3.4.1 读卡分站功能和结构
• 3.4.2 读卡分站每个功能模块的实现
• 3.5 传输分站电路设计
• 3.5.1 传输分站功能和结构
• 3.5.2 传输分站每个功能模块的实现
• 3.5.3 传输分站原理图
• 4 ZigBee无线网络的实现
• 4.1 组网
• 4.2 路由协议分析
• 4.2.1 Neighbor表
• 4.2.2 路由表
• 4.2.3 任务处理机制
• 4.3 标识卡程序实现
• 4.3.1 工程中文件的详细介绍
• 4.3.2 程序结构详细介绍
• 4.3.3 程序容错
• 5 测试与讨论
• 5.1 标识卡测试
• 5.1.1 标识卡功耗测试
• 5.1.2 性能测试
• 5.1.3 测试中已发现的问题及解决方法
• 5.1.4 和旧款标识卡的性能对比
• 5.1.5 总结
• 5.2 无线接收模块测试
• 5.3 RS485通信测试
• 5.4 分站功耗测试
• 6 总结与展望
• 6.1 本文所作工作
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文和主要科研成果