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基于ZigBee技术的救援队员安全监测系统设计

作　者: 李澌翰
导　师: 郭勇
学　校: 成都理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: ZigBee技术救援队员安全监测 MSP430 CC2520
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本课题来源于科技部公益性行业科研专项经费项目《地震现场搜救行动跟踪与监控技术》,项目编号为200808063-01。我国是地震活动强烈和地震灾害严重的国家,由于地震后,灾区环境的复杂性,地震救援人员的工作地点和时间的特殊性,实现针对救援队员自身的安全监测保护,能很大程度上提高参救人员的工作信心,提高救援工作效率,还能减少二次灾害对国家财产的损失。所以,研制一套救援队员安全监测系统,对提高紧急救援效率、减少灾害损失,保护人民生命财产等方面都有很重要的现实意义。该研究课题把对地震救援队员生命信息数据采集、处理、通信为一体。利用ZigBee无线传感器网络技术,搭建安全监测网络。利用该安全监测系统,完成人员生命信息和周围气体浓度信息的采集,预处理,通过无线信道传输采集信息给后方监测中心,实施监测。本文首先对ZigBee技术的通信特点,网络协议,组网方式,以及对无线传感器网络的发展现状进行调研分析,再结合救援队员安全监测系统的需求和技术参数,提出系统的整体设计方案:就是利用ZigBee射频芯片和MCU微控制器协同,搭载传感器模块,共同构成监测网络中的基本节点模块。然后分别从硬件和软件两方面对基本节点模块,做出设计。文中的救援队员安全监测系统节点硬件上主要包括三个组成部分,传感器采集和预处理部分,基于MSP430F2618的微控制器控制模块,CC2520射频通信传输模块,进一步搭配相对应的应用,以及上端的管理软件,完成对救援队员生命信号的监测任务。在基本节点模块的硬件设计当中,传感器模块采集端采用信噪比好、抗干扰能力强的压电薄膜脉搏传感器和甲烷气体浓度传感器,两种传感器的信号调理电路均采用了独立的电路设计,可以互不干扰完成任务;MSP430微控制模块,采用低功耗、高性能的MSP430F2618单片机,利用其灵活的应用来控制节点完成信号采集,发送接收的动作,以及协调各模块的工作;而CC2520模块是实现ZigBee无线传感器网络构建的关键部分,负责与其他节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据信息。另外在硬件设计当中还涉及,电源,天线,和一些扩展接口电路的设计。软件的设计中涉及无线传感器各节点的组网程序分析,和传感器采集程序分析,节点无线通信程序,和上位机的管理系统软件分析。在软件上满足救援队员生命安全监测系统的需求。该课题的创新点在于把ZigBee无线传感器网络技术应用到针对地震救援队员的生命安全安全监测系统当中。系统能快捷地组建无线监测网络,控制无线通信与数据传输,用于集成度高、功率小、体积小、重量轻、易携带等特点,在震后救援过程中具有很强的适用性,具有良好的应用前景和实用价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章前言  10-14
  1.1 研究意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 救援队员安全监测系统现状  10-11
    1.2.2 ZigBee 技术研究现状  11-12
  1.3 主要研究内容以及特色  12-13
  1.4 论文主要结构安排  13
  1.5 本章小结  13-14
第2章救援队员安全监测系统总体方案  14-18
  2.1 救援队员安全监测系统概述  14
  2.2 系统总体设计方案  14-17
    2.2.1 系统设计目标  14-15
    2.2.2 系统功能要求及性能指标  15-16
    2.2.3 硬件和软件的设计要求  16-17
  2.3 本章小结  17-18
第3章 ZigBee 无线通信技术原理  18-28
  3.1 ZigBee 无线通信技术特点  18-21
  3.2 ZigBee 协议分析  21-24
    3.2.1 网络层分析  22
    3.2.2 应用层分析  22-24
  3.3 ZigBee 无线传感器网络结构  24-28
第4章救援队员安全监测系统的硬件设计  28-48
  4.1 ZigBee 节点硬件总体架构及设计  28-29
  4.2 传感器采集单元设计  29-36
    4.2.1 脉搏信号采集部分设计  29-31
    4.2.2 脉搏信号预处理部分设计  31
    4.2.3 预处理一级放大电路设计  31-32
    4.2.4 预处理共模抑制电路设计  32-33
    4.2.5 预处理陷波电路设计  33-34
    4.2.6 滤波电路与第二级放大电路设计  34-35
    4.2.7 瓦斯气体浓度监测设计  35-36
  4.3 控制器MSP430F2618TPM 模块设计  36-38
  4.4 CC2520 收发模块设计  38-45
    4.4.1 CC2520 内部结构  40-42
    4.4.2 CC2520 的外围电路设计  42-43
    4.4.3 CC2520 与微处理器MSP430F2618 连接  43-45
  4.5 电源模块设计  45
  4.6 JTAG 接口设计  45-46
  4.7 存储模块设计  46-47
  4.8 ZigBee 节点的PCB 设计要求  47-48
第5章救援队员安全监测系统软件设计  48-59
  5.1 系统软件总体框架设计  48
  5.2 ZigBee 协议组网模块  48-55
    5.2.1 网络协调器创建新网络  49-51
    5.2.2 网络协调或路由节点允许加入  51-52
    5.2.3 RFD 节点加入网络  52-55
  5.3 终端节点数据采集  55-56
  5.4 路由节点的无线数据通信  56
  5.5 数据管理模块  56-59
第6章系统测试  59-60
结论  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-64
攻读学位期间取得学术成果  64

基于ZigBee技术的救援队员安全监测系统设计

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