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基于ZigBee网络的井下人员定位系统设计

作 者: 颜一多
导 师: 王俊年
学 校: 湖南科技大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 矿井安全 无线传感器网络 ZigBee技术 定位系统 可移动性
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 463次
引 用: 2次
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内容摘要


煤矿井下环境复杂,存在多种安全隐患。近年来,随着国家对矿山安全生产的日益重视,我国矿山生产安全形势不断好转。但煤矿安全事故仍然时有发生,2008年全国发生一次死亡人数在30人以上的特别重大矿山安全事故就超过了10次。由于煤矿生产环境的特殊性,井下人员的分布信息不能快速真实地反映在地面管理系统中;在正常生产期间,不能方便地统计井下工作人员的数量和分布;一旦发生事故,不能很快了解井下人员的数量、分布和位置,给救灾工作带来困难。本文在分析了无线传感器网络协议和ZigBee网络技术的基础上,研究了ZigBee技术的特点,通过与其他几种无线通讯方式的全面比较,分析了ZigBee网络应用在井下人员定位系统的可行性以及优势,设计了一种基于ZigBee技术的井下人员及设备定位系统。利用井下人员携带终端设备的方法对人员及设备的动态分布进行实时检测和安全管理,并通过网关与地面上的PC机通信或者采用可移动监控设备来监控位置信息,实现了定位、以及考勤管理等,并能够对快速实施矿井突发性事故的救助工作提供帮助。该定位系统采用TI公司的射频芯片CC2430/2431+定位PC上位机软件Z-Location Engine平台实现了对移动节点的实时定位,设计了一款基于ARM9技术的ZigBee手持监控设备,植入Windows CE 5.0作为嵌入式操作系统,采用EVC工具进行应用程序开发,这种先进的监控管理系统可以满足现代采矿企业信息化和智能化的要求,具有低功耗、定位精度高、抗干扰能力强等特点。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 概述  9-10
    1.1.1 研究的背景、意义  9
    1.1.2 国内外研究现状  9-10
  1.2 无线传感器网络的简介  10-12
    1.2.1 典型的无线传感器网络结构  10-11
    1.2.2 无线传感器节点结构以及网络体系  11-12
  1.3 本文研究的主要内容与组织结构  12-14
    1.3.1 论文主要研究内容  12
    1.3.2 论文组织结构  12-14
第二章 ZigBee 技术的特点以及协议栈  14-22
  2.1 ZigBee 技术  14-16
    2.1.1 ZigBee 网络拓扑结构  14-15
    2.1.2 ZigBee 技术的特点  15-16
  2.2 ZigBee 与现有的几种无线技术的比较  16-18
    2.2.1 ZigBee 和现有移动网(GPRS,CDMA-1X)的比较  16
    2.2.2 ZigBee 与蓝牙技术的比较  16-17
    2.2.3 ZigBee 与RFID 的比较  17-18
  2.3 ZigBee2006 协议栈  18-21
    2.3.1 应用层规范  19-20
    2.3.2 网络层规范  20
    2.3.3 安全服务规范  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 人员及设备定位系统的设计方案及定位原理  22-29
  3.1 定位系统的总体设计  22-23
  3.2 系统定位过程  23-25
    3.2.1 被动定位过程  23-24
    3.2.2 主动定位过程  24-25
  3.3 定位原理  25-28
    3.3.1 定位技术  25-26
    3.3.2 测距技术  26-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章 系统硬件设计  29-38
  4.1 ZigBee 芯片与外围电路设计  29-33
    4.1.1 CC2430/CC2431 芯片的主要性能  29-32
    4.1.2 节点电源设计  32-33
  4.2 手持监控设备的设计  33-36
    4.2.1 电源模块  33-35
    4.2.2 键盘模块设计  35-36
    4.2.3 存储单元  36
  4.3 本章小结  36-38
第五章 系统软件设计  38-57
  5.1 通信协议  38-39
  5.2 下位机软件设计  39-42
    5.2.1 定位节点  39-40
    5.2.2 参考节点  40-41
    5.2.3 网关节点  41-42
  5.3 手持监控设备的软件设计  42-51
    5.3.1 定时事件流程  44
    5.3.2 ZigBee 通信事件处理  44
    5.3.3 软件系统中的按键事件处理  44-51
  5.4 系统调试  51-55
    5.4.1 计算机监控系统调试  51
    5.4.2 移动式嵌入式上位机调试  51-55
  5.5 本章小结  55-57
第六章 结论与展望  57-59
  6.1 本文工作的总结  57
  6.2 需要进一步研究的问题  57-59
参考文献  59-61
致谢  61-62
附录 A(攻读硕士期间发表的论文)  62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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