基于ZigBee技术的井下人员定位跟踪系统设计与实现

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随着国内煤矿开采业的发展,矿井的安全生产问题日益引起人们的关注。在政府加强安全生产管理的背景下,通过信息化、智能化的安全生产监测系统提升井下作业人员的安全生产管理,成为理论研究和实践的热点问题,对井下工作人员定位、跟踪是井下安全管理系统最主要的需求。在国内,早期的井下人员管理系统主要实现人员的考勤管理和进出统计,只能被动的统计井下人数,无法对井下工作人员进行实时定位、动态管理,当井下作业发生险情时,管理系统只能提供井下人员的大概数量,无法获取井下人员的位置信息,不能有效支撑井下人员的搜救。近年来,ZigBee无线传感器网络技术快速发展,已经形成了比较成熟的开发环境和应用模式,在智能交通、物流管理、设备管理等方面发挥了积极的作用。本文基于ZigBee无线传感器网络的优势,设计实现了基于ZigBee技术的矿井人员定位跟踪系统。论文在对ZigBee无线传感器网络技术进行介绍的基础上,梳理了矿井人员定位管理的基本需求,从技术和应用两个层面出发,完成了井下人员定位跟踪系统的总体设计,在此基础上给出了系统的关键硬件方案、主要软件功能方案。在系统软件实现过程中,重点研究定位数据处理子系统,对基于ARM处理器的嵌入式Linux系统构建过程进行了研究,从无线收发模块、定位基站及协调器、移动定位终端、传感器数据采集子系统、串口扩展模块等部分对系统进行了硬件设计及实现,从应用通信协议、定位数据采集子系统、定位数据处理子系统等模块对系统软件进行设计及实现。针对井下人员定位管理的重点需求,提出了符合井下应用环境的人员定位算法,对算法的实现过程和定位测试进行了介绍,在此基础上对井下人员定位跟踪系统进行了通信、定位、人员管理等功能的测试验证。本设计的井下人员定位管理系统具有定位精度较高、人员动态管理、环境数据实时上报等优势,论文研究工作具有一定的理论价值和积极的实践意义。
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