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基于ZigBee的医院室内定位系统通信技术研究与实现

作　者: 刘军
导　师: 饶若楠
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 医院室内定位系统 ZigBee TI Z-Stack 报警 RSSI IEEE 802.15.4
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


医院室内定位系统是一种将医院重要资产或人员接入网络,并进行实时定位监控的系统。利用无线通信技术将病人、婴儿、贵重仪器设备和医生等连接组成的无线个域网(Wireless Personal Area Network,WPAN),可以使医院的服务更加方便、安全、快捷与高效。但是,医院资产或人员流动性大,病房环境复杂,如何设计并实现基于ZigBee的室内定位通信应用和基于RFID的区域检测通信应用,如何实现ZigBee节点的低功耗,是医院室内定位应用亟待解决的问题。针对上述问题,本文在剖析IEEE 802.15.4/ZigBee协议标准的基础上,基于TI Z-Stack协议栈和CC2530片上系统,设计并实现了一种适用于医院室内定位系统的通信应用,并进行了功能和性能测试,然后进一步介绍了上述通信技术在婴儿防盗系统中的应用。测试及应用情况表明,该通信应用是可行及有效的。与其他室内定位系统的通信应用相比,本文工作的特点如下:1)针对医院复杂环境的定位需求,提出了一种基于ZigBee的定位通信应用和基于RFID的区域检测通信应用相结合的方案。该方案选择ZigBee PRO协议栈,采用ZigBee联盟定义的卫生保健Profile,结合具有多子网切换机制的Mesh网络结构,定义了基于RSSI值的定位通信流程和报文格式;选择CC2530片上系统,采用SPI通信方式,定义了基于RFID的区域检测通信流程和报文格式。2)针对低功耗需求,通过实验分析,提出了RF模块发射功率选择区间。LQI、电流与发射功率关系的实验分析明确发射功率区间上限,通信距离与发射功率关系的实验分析明确发射功率区间下限。3)基于TI Z-Stack的通信应用实现已在面向婴儿防盗的医院室内定位系统中应用,该系统包括定位和报警功能。对网关吞吐量和定位数据时延性的测试表明,在一个子网内,将定位数据和报警数据分开传输,可以有效降低定位数据时延,提高网关吞吐量。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 国内外现状  11-12
    1.2.1 医院室内定位系统国内外应用现状  11
    1.2.2 ZigBee 技术国内外研究现状  11-12
  1.3 论文主要工作  12-13
  1.4 论文结构  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第二章 ZigBee 技术分析  15-32
  2.1 ZigBee 概述  15-18
  2.2 ZigBee 与其他近距离通信技术比较  18-23
  2.3 IEEE 802.15.4 分层结构  23-25
  2.4 ZigBee 协议栈规范  25-28
    2.4.1 协议栈分层结构  25-26
    2.4.2 ZigBee 的网络体系结构  26-28
  2.5 TI Z-Stack 协议栈  28-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 ZIPSH 系统的通信应用设计  32-59
  3.1 ZIPSH 系统的通信需求分析  32-33
    3.1.1 定位通信应用需求  32
    3.1.2 低功耗需求  32-33
    3.1.3 吞吐量与实时性需求  33
    3.1.4 与其他应用处理器的互连需求  33
  3.2 基于ZigBee 的定位通信应用设计  33-49
    3.2.1 定位网络协议栈选择及配置  33-36
    3.2.2 定位网络结构  36-39
    3.2.3 定位通信流程  39-43
    3.2.4 定位通信报文格式  43-49
  3.3 基于RFID 的区域检测通信应用设计  49-52
    3.3.1 问题分析  49-50
    3.3.2 通信流程  50-52
    3.3.3 通信格式  52
  3.4 RF 模块发射功率选择  52-58
    3.4.1 节点功耗影响因素分析  52-54
    3.4.2 LQI、电流与发射功率关系实验分析  54-56
    3.4.3 通信距离与发射功率关系实验分析  56-57
    3.4.4 发射功率选择区间  57-58
  3.5 本章小结  58-59
第四章 基于 TI Z-Stack 的ZIPSH 系统通信应用实现  59-69
  4.1 应用对象架构  59-61
  4.2 定位及区域检测通信应用实现  61-63
    4.2.1 定位通信应用实现  61-62
    4.2.2 区域检测通信应用实现  62-63
  4.3 报警通信应用实现  63-68
    4.3.1 ADC 参数配置  63-64
    4.3.2 按键触发  64-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章 系统测试及应用  69-82
  5.1 测试环境  69-70
  5.2 通信应用测试  70-76
    5.2.1 定位及区域检测通信应用测试  70-75
    5.2.2 报警通信应用测试  75-76
  5.3 网关吞吐量与时延性测试  76-78
  5.4 系统应用  78-80
    5.4.1 应用概述  78
    5.4.2 运行实例  78-80
    5.4.3 应用效果及分析  80
  5.5 本章小结  80-82
第六章 总结与展望  82-84
  6.1 工作总结  82-83
  6.2 工作展望  83-84
参考文献  84-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  87-89

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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