本文關(guān)鍵詞：井下環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) ZigBee RSSI WCL算法 Min-Max定位算法 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個重要分支,在許多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。當(dāng)前我國煤礦安全事故頻發(fā),現(xiàn)有的RFID識別技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)對井下作業(yè)人員的實(shí)時監(jiān)控,在事故發(fā)生后不能及時掌握被困人員的準(zhǔn)確位置而錯過最佳的營救時間。因此井下人員實(shí)時定位技術(shù)的研究已成為不容忽視的研究課題,基于這樣的背景本文研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下人員定位技術(shù),并對人員定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。首先,研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常用定位算法,包括基于測距的定位算法和無需測距的定位算法,重點(diǎn)分析了各種定位算法的計(jì)算復(fù)雜度和定位性能,總結(jié)各種定位算法的局限性和不足。在綜合考慮算法計(jì)算復(fù)雜度、定位性能、對硬件設(shè)配要求和礦井定位應(yīng)用場景之后,選擇基于RSSI的定位算法作為本文研究的主要方向。其次,研究了井下環(huán)境無線信號傳播路徑損耗模型并在類似井下巷道環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室走廊進(jìn)行RSSI試驗(yàn),根據(jù)最小二乘原理擬合得到路徑損耗模型參數(shù)；考慮到井下巷道各處環(huán)境差異較大,設(shè)計(jì)了一種在實(shí)際定位過程中路徑損耗系數(shù)動態(tài)計(jì)算的方法；針對RSSI值波動較大問題,采用了高斯濾波對多次接收的RSSI值進(jìn)行處理并對濾波效果做了測試；針對井下巷道內(nèi)無線信號反射、折射、多徑傳播比較嚴(yán)重導(dǎo)致測距誤差較大的情況,設(shè)計(jì)了一種參考節(jié)點(diǎn)輔助測距算法,該算法利用參考節(jié)點(diǎn)位置信息己知的前提條件,通過選取距離移動節(jié)點(diǎn)最近的參考節(jié)點(diǎn)輔助移動節(jié)點(diǎn)完成測距；針對井下定位的特殊應(yīng)用場景,分別研究了加權(quán)質(zhì)心定位算法(WCL)和Min-Max定位算法,這兩種算法的計(jì)算復(fù)雜度低對設(shè)備硬件要求不高非常適合能量和計(jì)算能力都十分有限的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的需求,最后對兩種算法在真實(shí)場景下的定位性能做了測試。再次,基于井下環(huán)境人員定位的需求。對井下環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì),并完成了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及軟硬件實(shí)現(xiàn)。硬件部分主要是基于TI CC2530芯片設(shè)計(jì)了一款便于隨身攜帶的無線傳感器節(jié)點(diǎn),軟件實(shí)現(xiàn)以ZigBee2007/Pro協(xié)議棧的基礎(chǔ)上分別對協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、參考節(jié)點(diǎn)及移動節(jié)點(diǎn)定位功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后完成了定位系統(tǒng)地面監(jiān)控中心軟件和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì),并對系統(tǒng)整體進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的定位系統(tǒng)能夠比較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)人員的實(shí)時定位功能。最后,對本文所做的工作進(jìn)行總結(jié),指出其中不足和接下來應(yīng)該繼續(xù)研究了的工作。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) ZigBee RSSI WCL算法 Min-Max定位算法 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD655;TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 課題研究背景與意義11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及組織安排13-16
• 第2章 相關(guān)技術(shù)介紹16-26
• 2.1 Zigbee技術(shù)概述16-18
• 2.1.1 ZigBee協(xié)議棧16-17
• 2.1.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)17-18
• 2.1.3 井下環(huán)境ZigBee組網(wǎng)優(yōu)勢18
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法簡介18-25
• 2.2.1 基于測距的定位算法19-22
• 2.2.2 非測距定位算法22-24
• 2.2.3 定位算法性能指標(biāo)24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 井下環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究26-46
• 3.1 井下空間結(jié)構(gòu)對定位性能的影響26
• 3.2 RSSI測距相關(guān)問題研究26-34
• 3.2.1 井下環(huán)境信號傳播路徑損耗模型26-28
• 3.2.2 類似巷道環(huán)境RSSI測試28-30
• 3.2.3 路徑損耗系數(shù)動態(tài)計(jì)算方法30-31
• 3.2.4 RSSI值數(shù)據(jù)處理31-33
• 3.2.5 巷道節(jié)點(diǎn)部署方式33-34
• 3.3 參考節(jié)點(diǎn)輔助測距算法34-39
• 3.3.1 算法原理34-35
• 3.3.2 算法實(shí)現(xiàn)流程35-37
• 3.3.3 算法測試37-39
• 3.4 井下環(huán)境定位算法研究39-45
• 3.4.1 加權(quán)質(zhì)心定位算法39-41
• 3.4.2 Min-Max算法41-42
• 3.4.3 算法性能分析42-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 定位系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)46-63
• 4.1 系統(tǒng)需求分析46-47
• 4.2 定位系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)47
• 4.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)47-51
• 4.3.1 定位系統(tǒng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的接入47-48
• 4.3.2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)48-51
• 4.4 無線傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件實(shí)現(xiàn)51-57
• 4.4.1 軟件開發(fā)平臺及ZigBee協(xié)議棧51-52
• 4.4.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)52-54
• 4.4.3 參考節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)54-55
• 4.4.4 移動節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì)55-57
• 4.5 地面監(jiān)控中心設(shè)計(jì)57-62
• 4.5.1 地面監(jiān)控中心設(shè)計(jì)需求57-58
• 4.5.2 監(jiān)控中心組成58
• 4.5.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)58-59
• 4.5.4 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)59-62
• 4.6 本章小結(jié)62-63
• 第5章 定位系統(tǒng)測試63-71
• 5.1 測試平臺搭建63-64
• 5.2 系統(tǒng)管理功能測試64-66
• 5.2.1 用戶管理64-65
• 5.2.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理65-66
• 5.2.3 員工管理66
• 5.3 串口功能測試66-67
• 5.4 節(jié)點(diǎn)配置及查詢功能測試67-70
• 5.4.1 節(jié)點(diǎn)查詢功能67
• 5.4.2 參考節(jié)點(diǎn)配置及查詢功能67-68
• 5.4.3 移動節(jié)點(diǎn)配置及定位功能68-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論與展望71-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果78

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳勇;劉建平;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用綜述[J];安防科技;2009年05期

2 陳勇;劉建平;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在武警部隊(duì)執(zhí)行特殊任務(wù)中的應(yīng)用[J];安防科技;2009年12期

3 霍軍;劉建平;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在武警部隊(duì)的應(yīng)用[J];安防科技;2010年03期

4 秦大力;唐穎;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性研究[J];安防科技;2006年06期

5 李玉國;;基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];煤礦機(jī)電;2006年06期

6 張洪;張杰;蔡磊涵;葉林;;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)[J];煤礦安全;2007年12期

7 羅立輝;張耀南;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在冰川環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J];冰川凍土;2008年06期

8 杜曉明;陳巖;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J];北京工商大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年01期

9 李華;李文秀;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)污染監(jiān)測上的應(yīng)用[J];漁業(yè)現(xiàn)代化;2008年02期

10 李順利;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與工廠信息化[J];中國棉花加工;2008年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭政;魏巍;羅相根;羅永健;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器數(shù)量的選擇方法[A];第十九屆測控、計(jì)量、儀器儀表學(xué)術(shù)年會(MCMI'2009)論文集[C];2009年

2 程時端;;傳感器網(wǎng)絡(luò)[A];中國通信學(xué)會信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會2004年年會論文集[C];2004年

3 楊曼;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對抗[A];四川省電子學(xué)會情報專業(yè)委員會學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2006年

4 闞鳳龍;徐自文;陳楠;左傳文;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及其發(fā)展研究[A];第九屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊）[C];2012年

5 賈杰;趙林亮;常桂然;;面向異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的高能效覆蓋控制[A];中國通信學(xué)會第六屆學(xué)術(shù)年會論文集（下）[C];2009年

6 馮健昭;肖德琴;肖克輝;李就好;;基于謂詞的水質(zhì)傳感器網(wǎng)絡(luò)采樣整合優(yōu)化算法[A];紀(jì)念中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會成立30周年暨中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會（CSAE 2009）論文集[C];2009年

7 唐云龍;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析[A];工程設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)技術(shù)：第十五屆全國工程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

8 杜景林;陳力軍;謝立;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)集成體系結(jié)構(gòu)[A];2008年全國開放式分布與并行計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)會議論文集(下冊)[C];2008年

9 李新;田斌;辛陽;陳林順;;傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于音頻的異常事件檢測方法[A];中國電子學(xué)會第十七屆信息論學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

10 劉昊;;面向電子智能服裝的人體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[A];“力恒杯”第11屆功能性紡織品、納米技術(shù)應(yīng)用及低碳紡織研討會論文集[C];2011年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 羅清岳;讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)走入生活[N];電子資訊時報;2007年

2 ;多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)[N];中國計(jì)算機(jī)報;2006年

3 美國專利律師 譚文曄　薛之揚(yáng);無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專利分析[N];科技日報;2010年

4 本報記者 趙建國;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)改變未來世界[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報;2011年

5 樊哲高;我國傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作取得新進(jìn)展[N];中國電子報;2012年

6 本報記者 王博;傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)取得新進(jìn)展[N];計(jì)算機(jī)世界;2012年

7 溫雅路;利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測能力[N];人民郵電;2008年

8 林宗輝;ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)解決方案[N];電子資訊時報;2007年

9 賽迪顧問信息產(chǎn)業(yè)研究中心高級咨詢師 王坤;國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究進(jìn)展[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2009年

10 本報記者 張彤;物物之連[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馬瑞;基于小生境粒子群算法的機(jī)艙WSN目標(biāo)覆蓋研究[D];大連海事大學(xué);2014年

2 李洪峻;面向入侵目標(biāo)追捕的多回路無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與相關(guān)技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

3 張德敬;基于虛擬坐標(biāo)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究[D];山東大學(xué);2015年

4 楊顯輝;森林資源數(shù)據(jù)獲取的移動Sink無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

5 畢冉;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的事件監(jiān)測算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 石熙;數(shù)字水印技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用研究[D];重慶大學(xué);2015年

7 徐力杰;低占空比傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度問題研究[D];南京大學(xué);2014年

8 歐陽鍵;面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作傳輸技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

9 馮森;面向智能配用電的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化協(xié)議研究[D];華北電力大學(xué);2015年

10 徐毅;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議研究[D];山東大學(xué);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胥常杰;傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型及其應(yīng)用[D];青島大學(xué);2010年

2 黃錚;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)連通與覆蓋的研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

3 馬艷麗;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的定位技術(shù)的研究[D];燕山大學(xué);2015年

4 吳旭東;基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電表監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D];西南交通大學(xué);2015年

5 劉其永;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信的信道均衡研究[D];海南大學(xué);2015年

6 王慧彬;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化以及容錯控制算法研究[D];燕山大學(xué);2015年

7 王龍;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞檢測算法研究[D];燕山大學(xué);2015年

8 劉晨;基于粒子群優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

9 侯文蕾;無線傳感器移動節(jié)點(diǎn)在WSN中的定位研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

10 孫超;能量優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式濾波與融合[D];昆明理工大學(xué);2015年

，

本文編號：921998