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基于IEEE 802.15.4/ZigBee协议的井下定位系统设计

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目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 井下定位系统的研究与发展现状

1.3 本文的组织结构和主要研究内容

第二章 ZigBee无线通信技术概论

2.1 ZigBee技术介绍

2.2 ZigBee网络构成

2.2.1 星状网络拓扑

2.2.2 对等网络拓扑

2.3 ZigBee协议栈结构

2.3.1 IEEE 802.15.4 物理层PHY

2.3.2 IEEE 802.15.4 MAC 层

2.3.3 ZigBee网络层

2.3.4 ZigBee应用层

2.4 ZigBee技术特点

2.5 几种无线传输技术及其比较

2.5.1 蓝牙(BlueTooth)

2.5.2 Wi—Fi(IEEE 802.11)

2.5.3 IrDA(Infrared Data Association)

2.5.4 GPRS/GSM

2.5.5 ZigBee

2.6 本章小结

第三章 定位技术

3.1 定位技术介绍

3.1.1 基本概念

3.1.2 计算节点位置的方法

3.1.3 定位算法分类

3.2 基于距离的定位算法

3.2.1 基于TOA的定位

3.2.2 基于TDOA的定位

3.2.3 基于AOA的定位

3.2.4 基于RSSI的定位

3.3 距离无关的定位算法

3.4 本章小结

第四章 矿井人员定位系统发展概述

4.1 矿井人员定位系统概况

4.2 有源RFID卡系统

4.2.1 RFID发展现状

4.2.2 RFID系统组成

4.3 ZigBee系统

4.4 ZigBee与RFID在井下人员跟踪定位应用中的比较

4.5 本章小结

第五章 基于ZigBee协议的井下定位系统设计

5.1 系统概述

5.1.1 井下电磁波传播特性

5.1.2 系统结构

5.1.3 小结

5.2 系统硬件设计

5.2.1 芯片选型

5.2.2 CC2430/CC2431介绍

5.2.3 节点硬件设计

5.2.4 CAN总线硬件设计

5.2.5 小结

5.3 系统软件设计

5.3.1 IAR开发环境

5.3.2 ZigBee 节点应用软件设计

5.3.3 CAN总线模块软件设计

5.3.4 控制中心软件设计

5.3.5 演示系统

5.3.6 小结

第六章 Zigaee井下人员定位系统发展前景

6.1 工作总结

6.1.1 ZigBee井下人员定位系统

6.1.2 ZigBee技术其他应用

6.2 工作展望

参考文献

致 谢

论文发表情况

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摘要

目前,国家对煤矿安全生产的重视程度己提升到前所未有的高度,但是矿难还在不断发生,而灾难发生后抢险救灾的不力暴露出目前监控系统的弊端:监控系统对入井人员管理困难,井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况。
   本文从网络构成、协议栈等角度深入研究了IEEE802.15.4协议和ZigBee无线通信技术,将ZigBee技术与几种无线传输技术进行比较总结出了ZigBee技术优势。随后对目前的主流井下人员定位系统(包括基于RFID的井下定位系统和基于ZigBee技术的井下定位系统)进行介绍和比较,得出了ZigBee技术应用于井下人员定位系统具有低成本、安全可靠、低功耗等多种优势。在此基础上,设计了基于IEEE802.15.4/ZigBee协议的井下定位系统总体方案。本系统采用ZigBee无线网络与CAN总线结合的方式构建数据通信平台,将井下工作人员的定位数据和瓦斯浓度等信息传输到井上控制中心。
   本文介绍了基于IEEE802.15.4/ZigBee协议的井下定位系统功能和结构。详细阐述了系统硬件设备的电路设计,包括基于CC2430/CC2431的节点、网关节点和CAN总线模块;介绍了系统设备软件设计,并展示了简单的演示系统以检验定位效果。本文中的ZigBee网络开发是基于TI的ZigBee协议栈Z—Stack和IAR EmbeddedWorkbench集成开发环境。
   最后,对本课题未来的发展方向,ZigBee技术在其他领域的应用以及课题下一步开展的工作做了展望。

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