基于IEEE 802.15.4/ZigBee协议的井下定位系统设计

目前,国家对煤矿安全生产的重视程度已提升到前所未有的高度,但是矿难还在不断发生,而灾难发生后抢险救灾的不力暴露出目前监控系统的弊端：监控系统对入井人员管理困难,井上人员难以及时掌握井下人员的动态分布及作业情况。 本文从网络构成、协议栈等角度深入研究了IEEE 802.15.4协议和ZigBee无线通信技术,将ZigBee技术与几种无线传输技术进行比较总结出了ZigBee技术优势。随后对目前的主流井下人员定位系统(包括基于RFID的井下定位系统和基于ZigBee技术的井下定位系统)进行介绍和比较,得出了ZigBee技术应用于井下人员定位系统具有低成本、安全可靠、低功耗等多种优势。在此基础上,设计了基于IEEE802.15.4/ZigBee协议的井下定位系统总体方案。本系统采用ZigBee无线网络与CAN总线结合的方式构建数据通信平台,将井下工作人员的定位数据和瓦斯浓度等信息传输到井上控制中心。 本文介绍了基于IEEE 802.15.4/ZigBee协议的井下定位系统功能和结构。详细阐述了系统硬件设备的电路设计,包括基于CC2430／CC2431的节点、网关节点和CAN总线模块；介绍了系统设备软件设计,并展示了简单的演示系统以检验定位效果。本文中的ZigBee网络开发是基于TI的ZigBee协议栈Z-Stack和IAR Embedded Workbench集成开发环境。 最后,对本课题未来的发展方向,ZigBee技术在其他领域的应用以及课题下一步开展的工作做了展望。