基于Zigbee的井下人员定位监测系统的设计与研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 15次 | 上传用户:Viola2007
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在科技飞速发展的今天,煤矿工业的体制机制也日益完善,但是煤矿生产的复杂环境以及伴随着煤矿开采深度、强度、速度和规模的不断增加和扩大,使得井下开采危险系数仍居高不下,许多安全隐患如煤与瓦斯突出、井下突水、塌方等情况都时刻对井下工作人员的生命有着威胁。如果能够及时掌握井下人员的动态分布和井下环境因素,将会及时预防事故发生或在发生事故后能够及时对人员展开营救,减少不必要的伤亡。论文基于井下人员安全角度出发,提出了基于ZigBee技术的井下人员定位监测系统的设计与研究,系统具有实时的定位跟踪、身份识别及安全预警等功能,可实现井下工作的高效性及安全管理。论文深入研究了ZigBee网络技术及IEEE108.15.4协议标准,通过ZigBee技术低功耗、低速率、自组网的特点,弥补了RFID、WIFI等无线短距离传输的不足,同时ZigBee技术有比较完善的协议标准及良好的性能和兼容性,通过一系列的比较和设计,体现出ZigBee技术应用于井下人员定位系统的可行性及优势。系统在硬件部分采用了分块设计的方式,包括井下人员定位系统的ZigBee协调器、ZigBee路由器和终端移动设备,以及上位机进行数据传输的CAN总线部分。ZigBee协调器以ST公司的STM32W108ZigBee单片机芯片为核心,对电源模块、LCD驱动等外设进行了设计;ZigBee路由器采用CC2430芯片为核心进行了设计;ZigBee终端移动设备采用CC2431芯片进行了设计。同时分析了井下人员定位的算法的特点和应用领域,最终确定了基于RSSI的质心定位算法和三边测距相结合的方法计算井下人员的位置。软件设计以IAR EW为平台,以TI公司的Z-Stack协议栈为基础,详细设计了ZigBee模块工作流程,最后进行了系统模型的搭建和测试,通过TI公司推出的Z-Location定位监测软件进行实验演示,得出了较为理想的测试效果,证明了ZigBee技术用于井下人员定位系统的可行性,为以后实验室更好地开发、研究基于ZigBee技术的井下人员定位系统做了铺垫。
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