井下人员无线定位系统设计

论文摘要

矿山井下人员定位系统既是数字化矿山的需要,也是煤炭安全生产的重要组成部分,论文针对国内矿井的需要,提出了一套基于ZigBee技术井下人员无线定位系统。论文首先比较了几套当前流行的无线通信技术,通过分析、论证,选择了以ZigBee为核心的井下无线传输和定位技术,确定了整个系统的总体组成方案,主要包括井上计算机监控系统和井下ZigBee无线定位系统两部分。井上计算机监控系统是整个系统的核心,通过在计算机上配置相关的定位监控软件,实时观察井下工作人员的具体概况,方便井下工作管理和人员调度。井下ZigBee无线定位系统主要由网关节点、参考节点和移动定位终端组成。井下每个工作人员通过随身携带一个可移动的定位终端(CC2431),其内部具有一个定位引擎,根据井下预先安装好的参考节点所提供的具体坐标和RSSI平均值计算出自己的具体位置坐标,然后将计算结果通过无线方式发送给网关节点(CC2430),网关数据再通过有线的方式(RS485)发送到井上的计算机监控中心,监控中心通过定位监控软件确定每个井下工作人员的具体位置。通过实验测试以及对定位结果的分析,验证了该系统工作稳定可靠,定位准确,是一套行之有效的井下人员无线定位系统,具有一定的应用前景。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.3 研究的主要内容
• 2. ZigBee 技术应用于井下定位的可行性分析
• 2.1 ZigBee 技术
• 2.1.1 ZigBee 的拓扑结构
• 2.1.2 ZigBee 协议栈的概述
• 2.2 几种无线通信技术的比较
• 2.3 现有的井下通信机制描述
• 2.3.1 中频通信
• 2.3.2 泄露通信
• 2.3.3 UHF 频段的通信
• 2.4 采用ZigBee 技术的可行性分析
• 3 无线定位技术及其选择
• 3.1 定位技术的分类
• 3.1.1 基于距离的定位
• 3.1.2 距离无关的定位
• 3.2 三边测量法原理
• 3.3 井下系统定位方法的选择
• 3.3.1 CC2431 定位引擎
• 3.3.2 RSSI 参数
• 3.3.3 定位算法
• 4 系统总体设计
• 4.1 系统组成
• 4.1.1 ZigBee 网络定位系统
• 4.1.2 计算机监控系统
• 4.2 ZigBee 硬件平台设计
• 4.2.1 主控芯片CC2430/2431
• 4.2.2 网关节点的硬件电路设计
• 4.2.3 参考节点的硬件电路设计
• 4.2.4 定位节点的硬件电路设计
• 4.2.5 硬件实物图
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 软件开发平台
• 4.3.2 ZigBee 2006 无线定位应用Profile
• 4.3.3 网关节点程序设计
• 4.3.4 参考节点程序设计
• 4.3.5 定位节点程序设计
• 5 系统调试与分析
• 5.1 硬件调试
• 5.2 软件调试
• 5.2.1 下载程序到各个节点
• 5.2.2 分配物理地址
• 5.2.3 监控软件设置
• 5.2.4 调试
• 结论
• 参考文献
• 附录A 顶板原理图
• 附录B 底板原理图
• 作者简历
• 学位论文数据集