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煤矿井下人员定位算法的设计和实现

作　者: 黄博微
导　师: 周少武
学　校: 湖南科技大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 无线传感器网络 Zigbee技术 HCCS 簇 节点部署
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


为改善并最终解决我国煤炭开采技术落后,煤矿安全事故多的问题,本文通过对国内外煤矿井下安全技术和设备的对比研究,首先确定了以无线传感器网络构建井下人员定位系统这一目标,并选择了适合煤矿井下环境通信及定位的Zigbee无线通信技术作为本文的技术基础。本文通过对无线传感器网络中的节点定位算法机理和性能的分析,结合对煤矿井下定位环境的理解,阐明了在井下环境中非测距定位算法的优势。通过对现有非测距定位算法的研究和改进,提出了一种基于Zigbee的热点簇中心定位算法(HCCS)。本算法是以节点接收信号强度指标(RSSI)为定位依据的一种分布式非测距定位算法,具有硬件依赖低、计算复杂度低、精确性高等优点,并以一系列仿真结果客观的分析和证明了HCCS的优势。本文还通过对现有各大厂商的Zigbee定位解决方案的分析,最终确定以Ti公司的CC2430/CC2431芯片为核心建立定系统。经过对CC2430/CC2431硬件结构和Zigbee协议的分析,分别设计定位系统中的信标节点、移动节点和协调器节点,并为它们分别设计了系统软件,从而实现了基于Zigbee的人员定位网络。还通过对节点布设评价指标的分析,结合节点覆盖模型和能量消耗理论,给出了基于Zigbee的井下人员定位系统节点布设的原则。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 概述  10-12
    1.1.1 课题的研究意义  10-11
    1.1.2 国内外研究现状  11-12
  1.2 无线传感器网络  12-16
    1.2.1 无线传感器网络概述  12-13
    1.2.2 无线传感器网络的组成结构  13-14
    1.2.3 无线传感器网络的特点  14-16
    1.2.4 无线传感器网络的应用范围  16
  1.3 Zigbee 技术  16-22
    1.3.1 Zigbee 概述  16-17
    1.3.2 Zigbee 技术的特点和架构  17-20
    1.3.3 Zigbee 技术与其他无线技术的比较  20-22
  1.4 本文的内容和结构  22-24
第二章 定位算法的设计  24-46
  2.1 定位算法和系统的性能评价标准  24-25
  2.2 定位算法和系统的分类和介绍  25-30
    2.2.1 定位算法的分类  25-27
    2.2.2 典型定位算法介绍  27-30
  2.3 基于Zigbee 的热点簇中心定位算法（HCCS）  30-39
    2.3.1 最大簇中心定位算法  30-33
    2.3.2 热点簇中心定位算法（HCCS）  33-39
  2.4 仿真与比较  39-45
    2.4.1 MCCS 定位系统的仿真  39-41
    2.4.2 HCCS 定位系统的仿真  41-43
    2.4.3 HCCS 与MCCS 的比较分析  43-45
  2.5 本章小结  45-46
第三章 基于Zigbee 的井下定位网络的设计和实现  46-72
  3.1 基于Zigbee 的无线传感器网络总体方案设计  46-50
    3.1.1 系统结构方案设计  46-47
    3.1.2 系统的定位策略  47-50
  3.2 系统硬件设计  50-58
    3.2.1 Zigbee 设备方案的选择  50-52
    3.2.2 CC2430/CC2431 简介  52-53
    3.2.3 其他外围设备介绍  53
    3.2.4 Zigbee 定位网络中节点的设计  53-56
    3.2.5 定位系统各部分的电源设计  56-58
  3.3 系统软件设计  58-70
    3.3.1 通信协议的完善  58-59
    3.3.2 下位机软件设计  59-62
    3.3.3 上位机软件设计  62-70
  3.4 本章总结  70-72
第四章 井下定位网络中节点的部署  72-76
  4.1 节点部署的评价指标  72
  4.2 常见的覆盖优化模型分类及其目标  72-74
    4.2.1 根据节点部署的方式  72-73
    4.2.2 根据节点感知的模式  73
    4.2.3 根据节点关注的目标  73-74
    4.2.4 节点运动的情况  74
  4.3 传感器网络的寿命  74-75
  4.4 基于Zigbee 的井下人员定位系统的节点布署的原则  75-76
第五章 总结与展望  76-79
  5.1 目前工作的总结  76
  5.2 未来工作的展望  76-79
参考文献  79-83
致谢  83-85
附录（攻读学位期间的研究成果）  85

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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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