基于ZigBee的井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近幾年，我國(guó)煤礦安全形勢(shì)逐漸變好，但煤礦事故依舊是此起彼伏。當(dāng)事故發(fā)生后，如何快速、準(zhǔn)確地找到井下被困人員，對(duì)于有效地開展救援工作，從而減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失有著極為重要的意義。在重慶市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“煤礦安全管理與定位救援系統(tǒng)”(CSTC2009AC6203)的支撐下，完成了本論文的選題和研究。在無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)中異軍突起的ZigBee無線通信技術(shù)，具有成本低廉、功耗低、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于低成本、低功耗的煤礦安全管

2、理系統(tǒng)中對(duì)井下人員的定位和管理。因此，將ZigBee應(yīng)用于井下，能卓有成效地提升煤礦安全生產(chǎn)和管理水平。
　　 本文首先在查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有定位技術(shù)進(jìn)行了分析、比較和總結(jié)，然后結(jié)合井下環(huán)境和井下人員定位要求，提出了基于ZigBee的加權(quán)改進(jìn)Euclidean定位算法;為了進(jìn)一步減小誤差，又提出了基于泰勒展開式的加權(quán)改進(jìn)Euclidean定位算法;最后介紹了井下人員定位系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括各模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件流程

3、設(shè)計(jì)。主要貢獻(xiàn)如下：①對(duì)國(guó)內(nèi)外典型的定位技術(shù)和井下定位系統(tǒng)進(jìn)行了分析和比較，著重討論了這些技術(shù)和系統(tǒng)存在的問題。同時(shí)，在比較和分析的基礎(chǔ)上，也探討了各算法的性能優(yōu)劣；針對(duì)井下環(huán)境，并結(jié)合ZigBee技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種應(yīng)用于井下環(huán)境的基于ZigBee的加權(quán)改進(jìn)Euclidean定位算法。此算法在改進(jìn)Euclidean算法的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了信標(biāo)節(jié)點(diǎn)加權(quán)因子的概念，同時(shí)結(jié)合質(zhì)心定位的思想來求解未知節(jié)點(diǎn)位置；為了進(jìn)一步減小誤差，又提出了一種基

4、于泰勒展開式的加權(quán)改進(jìn)Euclidean定位算法。此算法利用泰勒展開式對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的初始坐標(biāo)進(jìn)行修正。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于泰勒展開式修正原理的正確性；比較了ZigBee主流芯片的性能，最終采用TI公司的CC2530芯片作為核心芯片，成功研制出能應(yīng)用于井下的ZigBee模塊，并利用此模塊測(cè)量了大量的RSSI可靠數(shù)據(jù)；基于IEEE802.15.4，設(shè)計(jì)了一個(gè)針對(duì)井下人員定位系統(tǒng)的具體實(shí)施方案，給出了該方案中各模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后