本文關(guān)鍵詞：基于JN5148的井下人員定位系統(tǒng)的研究

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【摘要】：目前,煤礦在能源結(jié)構(gòu)中所占比重很大,且礦工下井采礦是獲取煤炭資源的主要途徑。井下環(huán)境復(fù)雜、危機(jī)四伏,很容易出現(xiàn)瓦斯爆炸、塌方等突發(fā)狀況。一旦發(fā)生事故,礦工隨時(shí)都有生命危險(xiǎn),準(zhǔn)確獲取井下人員的位置對(duì)救援工作就顯得尤為重要。因此,本文設(shè)計(jì)了井下人員定位系統(tǒng),旨在實(shí)時(shí)獲取井下人員的位置信息以提高救援的效率。本文在對(duì)現(xiàn)有的定位原理及方法的研究基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了單巷道縱向定位方法；采用TOF時(shí)間飛行測(cè)量法完成無(wú)線測(cè)距,解決了井下復(fù)雜巖層環(huán)境致使電磁波信號(hào)嚴(yán)重衰減的問(wèn)題；基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù),實(shí)現(xiàn)了定位數(shù)據(jù)的有線傳輸�？傮w方案采用有線和無(wú)線結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的傳輸,通過(guò)對(duì)主站、輔站、標(biāo)示卡多處布點(diǎn),匯總定位信息,然后以TCP/IP協(xié)議的客戶(hù)端模式上傳數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案,完成了主站板、輔站板和標(biāo)示卡的硬件電路設(shè)計(jì)。主站板以STM32F103為核心處理器,它結(jié)合網(wǎng)絡(luò)接口芯片W5100完成基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)合JN5148無(wú)線模塊完成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸；輔站板和標(biāo)示卡以JN5148為處理器,進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸；系統(tǒng)使用Keil uVision4和Eclipse軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境完成了相關(guān)程序的設(shè)計(jì)。在已研究成果的基礎(chǔ)上搭建了平臺(tái),并在教學(xué)樓道及學(xué)校的空曠場(chǎng)地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),記錄了450米范圍內(nèi)的有效數(shù)據(jù),其誤差大于10米；在優(yōu)化阻抗匹配、改善天線增益、增加基于中值濾波及均值濾波的處理算法后,記錄了600米范圍內(nèi)的有效數(shù)據(jù),其精度小于2.5米,且實(shí)際測(cè)量的極限距離達(dá)到了1200米。實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)傳輸通暢,驗(yàn)證了方案的可行性和實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 以太網(wǎng) TOF 中值濾波 均值濾波
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TD76
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-10
• 1.1 課題研究背景及意義8
• 1.2 基于WSN定位系統(tǒng)的發(fā)展概況8-9
• 1.3 本文主要內(nèi)容9-10
• 2 ZIGBEE技術(shù)介紹及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)距定位原理10-16
• 2.1 ZIGBEE技術(shù)介紹10
• 2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)距定位原理10-15
• 2.2.1 AOA—基于信號(hào)到達(dá)角度的測(cè)距定位10-11
• 2.2.2 RSSI—基于接收信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)距定位11-12
• 2.2.3 TOA—基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的測(cè)距定位12
• 2.2.4 TDOA—基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差的測(cè)距定位12-13
• 2.2.5 TOF—基于信號(hào)的飛行時(shí)間的測(cè)距定位13-15
• 2.3 本章小結(jié)15-16
• 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)16-21
• 3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)16-17
• 3.2 系統(tǒng)的測(cè)距定位原理17-18
• 3.3 系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選定18-20
• 3.3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)18-20
• 3.3.2 井下定位系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)20
• 3.4 本章小結(jié)20-21
• 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)21-34
• 4.1 主站硬件電路設(shè)計(jì)21-26
• 4.1.1 最小系統(tǒng)電路21-24
• 4.1.2 主站網(wǎng)口電路24
• 4.1.3 主站無(wú)線模塊接口電路及下載電路24-25
• 4.1.4 主站設(shè)計(jì)PCB圖與實(shí)物圖25-26
• 4.2 輔站與標(biāo)示卡的硬件電路設(shè)計(jì)26-33
• 4.2.1 標(biāo)示卡電源電路設(shè)計(jì)27
• 4.2.2 標(biāo)示卡充電電路設(shè)計(jì)27-28
• 4.2.3 射頻功率放大電路與控制邏輯電路設(shè)計(jì)28-29
• 4.2.4 JN5148主控芯片電路設(shè)計(jì)29-31
• 4.2.5 JN5148標(biāo)示卡PCB天線的確定31-32
• 4.2.6 JN5148射頻部分的阻抗匹配32-33
• 4.3 本章小結(jié)33-34
• 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)34-44
• 5.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)34-38
• 5.1.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建立34
• 5.1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的加入34-35
• 5.1.3 多點(diǎn)并發(fā)設(shè)計(jì)35
• 5.1.4 主站軟件流程圖35-36
• 5.1.5 輔站軟件流程圖36-37
• 5.1.6 標(biāo)示卡軟件流程圖37-38
• 5.2 以太網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)38-43
• 5.2.1 TCP/IP的分層39
• 5.2.2 客戶(hù)端與服務(wù)器的選取39-40
• 5.2.3 基于W5100的軟件設(shè)計(jì)40-41
• 5.2.4 端口接收與發(fā)送緩沖區(qū)的操作機(jī)制41-43
• 5.3 本章小結(jié)43-44
• 6 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析44-55
• 6.1 無(wú)線通信實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建44-47
• 6.2 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及誤差處理47-49
• 6.3 系統(tǒng)改進(jìn)49-54
• 6.3.1 微帶接口的匹配優(yōu)化49
• 6.3.2 天線的優(yōu)選49-50
• 6.3.3 誤差處理的改進(jìn)50-51
• 6.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析51-52
• 6.3.5 誤差處理算法52-54
• 6.4 本章小結(jié)54-55
• 7 結(jié)論與展望55-56
• 7.1 結(jié)論55
• 7.2 展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 致謝59-61

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本文編號(hào)：543903