基于MESH无线网络的远程遥控系统及服务质量(QoS)研究

摘要

目前，我国采矿业进入到了智能开采的阶段。我国是矿业大国，但不是矿业强国。当前能源产能过剩，传统的粗放型开采已经不适合我国。急需智能化系统和高安全性平台来改善当前的采矿局面，并最终实现矿山智能化总目标。远程控制系统是目前矿山智能化研究的一大趋势。远程控制和记忆行走是此系统的核心功能。
　　本课题是多网络远程无线遥控技术研究的重要部分，主要任务是实现基于Mesh网络架构的远程控制智能化系统。主要功能为监测井下机车运行状态，远程控制机车完成所有动作，记忆行走和弯道避障。并保证数据、音频、视频在网络的传输中满足QoS需求。通过NS2平台完成MAC层协议EDCA和DCF的仿真，做出适应远程控制系统的选择。
　　本文首先介绍了课题的研究意义，当前研究状况和最终实现的目标;然后从系统的整体设计开始，详细介绍三大单元的设计思路和Mesh网络的架构;接着从整个系统的硬件出发，介绍主要的电路模块如ADC模块和Flash存储模块;随后介绍系统的软件部分;接着介绍记忆行走和自主避障的原理;通过NS2软件仿真MAC层下的两种协议，对比其QoS参数，选用最佳协议。最后搭建系统平台，在真实环境下测试基本功能、QoS参数和记忆行走功能。
　　经过分析，EDCA协议更加适用于远程控制系统。在此条件下，基本操作功能正常，实现无卡顿视频监控;QoS参数如延迟、抖动和丢包率都满足实际需求。完成记忆行走功能和避障测试，符合系统的预期要求。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．2．1 概述

1．2．2 研究现状

1．2．3 发展趋势

1．3 研究目标及研究内容

1．4 论文主要工作及章节安排

2 基于MESH网络远程控制系统整体设计及QoS保证

2．1 基于MESH网络的远程控制系统

2．2 系统重要单元介绍

2．3 远程控制系统的QoS保证

2．4 无线MESH网络概述

2．4．1 MESH网络概述

2．4．2 MESH网络的常见组网方式

2．5 无线MESH网络架构及降低跨基站抖动措施

2．6 本章小结

3 远程控制系统硬件设计

3．1 系统总体硬件框架设计

3．2．1 LPC1768主芯片引脚定义

3．2．2 PCB设计图

3．3．1 电源模块

3．3．2 WIFI无线通信模块

3．3．3 RS485通信模块

3．3．4 ADC模块

3．3．5 显示屏模块

3．3．6 FLASH存储模块

3．4 本章小结

4 远程控制系统软件设计

4．1 系统总体软件框架设计

4．2 软件开发环境介绍

4．3 指令单元和执行单元软件设计

4．4 数据采集单元软件设计

4．5 无线通信单元软件设计及QoS参数研究

4．5．1 网络芯片CO2128简介与配置

4．5．2 结合QoS参数设计通信协议

4．5．3 抓包通信帧分析

4．6 串口通信单元软件设计

4．6．1 485串口通信简介

4．6．2 UART初始化

4．6．3 通信协议及流程设计

4．7 ETHERNET通信协议开发

4．8 本章小结

5 记忆行走算法设计

5．1 记忆行走算法

5．1．1 记忆行走算法原理

5．1．2 学习模式设计

5．1．3 记忆模式实现

5．2 避障算法

5．2．1 激光扫描仪

5．2．2 避障算法实现

5．3 本章小结

6 系统网络的QoS参数仿真与远程控制系统的性能测试

6．1 NS2软件概述

6．2 NS2仿真环境搭建

6．3 系统MAC层协议DCF与EDCA的QoS参数比较

6．4 远程控制系统搭建

6．4．1 MESH网络的搭建

6．4．2 铲运车模型和遥控座椅的搭建

6．5 系统QoS参数测试结果

6．6 本章小结

7 总结与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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