ZigBee定位技术及其在搜救系统中的应用研究

摘要

无线传感器网络是一种综合了各种新兴技术的通信网络，网络节点可佩带多种不同性能的传感器，方便人们收集各种不同的信息。无线传感器网络的出现大大提升了人们与现实世界的交互能力。这种应用性的网络被广泛运用于军事，环境监测，医疗监护，保健，工业，商业，家居等各种不同的领域。
　　 生命探测仪是目前安全救生领域的关键，在面对灾后人员搜救方面，它有着极强的优势，在汶川大地震的时候，有很多人得到了生命探测仪的帮助得以获救，在日本福岛大地震中，生命探测仪也发挥了很大的效用。论文的目的是在无线网络的基础上建立生命探测系统，使二者的优势在同一平台下得以发挥。
　　 本文通过对目前比较常见的几种无线网络协议进行比较，选出ZigBee协议作为搜救系统的网络通信协议，在对协议栈做了深入的分析和研究后，对于协议的总体框架，协议的各层关系和协议提供的API函数有了了解，对于协议栈的实际程序运行情况有所认识。
　　 对于多种定位算法进行对比和分析，选出适合ZigBee协议的算法，同时提出了该算法的不足。在能够满足对于人员搜救的要求的同时对选定的方法做了修改，提高了算法的精度。
　　 通过对满足ZigBee协议栈的多种芯片设计方案做对比，选择CC2430作为本次设计的核心芯片。在前面工作的基础上设计搜救平台的整体需求，完成搜救平台的方案设计并做了软件设计，调试成功。最后测试了不同障碍下系统的点对点通信情况，信号强度指示和定位情况，并对数据进行分析。
　　 论文实现了待救援人员的生命体征的提取和定位，具有一定的意义。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题背景

1.3 生命探测仪在国内外的发展情况

1.4 无线传感器网络的发展

1.5 ZigBee技术在生命探测仪中应用的意义

1.6 研究内容

1.7 论文结构

第2章 研究基础

2.1 无限传感器网络的特点

2.2 ZigBee协议栈分析

2.2.1 协议栈的各层内容

2.2.2 ZigBee不同版本协议栈的对比

2.2.3 协议分析仪抓包

2.3 多种定位算法的比较

2.4 传感器的选择

2.5 网络地址分配与寻址

2.5.1 地址分配

2.5.2 寻址的比较与选择．

2.6 本章小结

第3章 生命探测仪的设计方案

3.1 系统整体搭建图和总体软件框图

3.2 芯片的选取

3.3 CC2430芯片的主要特点

3.4 RSSI的获取

3.5 定位算法的设计

3.5.1 RSSI测距原理

3.5.2 定位算法的改进

3.6 ZigBee协议

3.7 网络设备选型

3.7.1 全功能设备(FFD)

3.7.2 精简功能设备(RFD)

3.8 网络拓扑结构的选择

3.8.1 星型网络

3.8.2 树型网络

3.8.3 网状网络

3.9 本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1 硬件部分

4.1.1 CC2430芯片内部结构

4.1.2 硬件框图及电路

4.1.3 硬件电路

4.2 搜救设备和呼救设备

4.2.1 搜救设备

4.2.2 呼救设备

4.2.3 胸腹式呼吸传感器

4.3 电源模式

4.4 本章小结

第5章 软件设计

5.1 系统软件结构

5.2 开发平台

5.3 协议栈的构架和实现

5.4 协议栈任务添加

5.4.1 添加任务

5.4.2 任务初始化

5.4.3 任务处理函数

5.4.4 按键函数

5.4.5 接收处理函数

5.5 搜救系统软件设计

5.6 数据采集程序设计

5.7 节点入网

5.8 本章小结

第6章 系统测试

6.1 测试环境平面图

6.2 系统测试

6.2.1 点对点丢包率测试

6.2.2 节点自带传感器测试

6.2.3 链路质量检测

6.2.4 搜救系统测试

6.2 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）