基于ZigBee和矿井安全监测及定位系统的研究与设计

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煤炭凭借其低廉的价格成为我国现阶段的主要能源之一,在工业领域起着举足轻重的作用。但是由于井下环境的复杂性,近年来煤矿安全事故频发,影响我国经济发展和社会稳定。而现有的矿井安全监控系统的价格和维护成本相对较高,同时还存在耗能多、可扩展性差、不兼容等缺点,因此普及率较低。针对这一现状,分析了中小煤矿企业的需求,研究并设计了一种基于ZigBee的矿井安全监测及定位系统,包含环境参数的监测及井下人员的定位两大部分,主要内容如下:首先比较了现有的短距离无线通信技术,着重阐述了ZigBee协议的技术特点、协议框架及Z-Stack协议栈;其次针对井下环境的复杂性,选择了CC2530加射频前端CC2591的无线通信设计方案,以提高系统的通信距离及通信质量,并使用DS18B20和MJC4-3.0作为温度传感器和瓦斯传感器;再次使用VB完成上位机画面显示设计,在Z-Stack协议栈上完成下位机软件设计,并通过IAR开发环境和CC DEBUG仿真器下载到硬件中,同时针对传统的RSSI测距算法的定位精度不足,提出一种改进的RSSI测距算法;最后通过实验验证了系统各方面的性能。经过测试,系统的环境参数监测和定位效果良好,通信距离可以达到400米,穿墙性能良好,达到了预期目标,具有实际应用价值。
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