基于ZigBee井控培训定位系统研究

论文摘要

随着石油工业的快速发展,井控技术的培训正面临着诸多挑战。本文在广泛调研的基础上,初步实现了基于ZigBee的井控培训定位系统的总体方案设计。ZigBee是一种短距离、低速率、低功耗全新无线网络数据通信技术,协议简单、成本低、扩展性好、组网容易,将这种新技术、新方法应用于井控培训系统中有着较大的现实意义。本文对比分析了多种无线定位技术的特点,得出了选择ZigBee技术实现井控培训实时定位的可行性和优势；深入研究了ZigBee网络技术和IEEE802.15.4协议,设计了基于RSSI定位算法为基础的定位网络总体方案；参考TI公司的ZigBee解决方案,采用了TI公司生产的CC2430/2431芯片设计了协调器节点,以及用于定位的参考节点和移动节点,给出了不同节点的硬件设计和软件设计。经室内外实验验证,本设计方案的原理正确、可行。本文将ZigBee技术引入井控培训考评,较大程度地简化和精确了对培训学员位置及时间信息的记录,本论文研究结果推动了井控评价由定性向定量化发展,对进一步提高井控培训质量,研发实用井控培训的定量评价具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 钻井及井控培训仿真器发展概况
• 1.2.2 教学实验井发展概况
• 1.3 研究内容及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 第2章 总体方案设计
• 2.1 设计原则
• 2.2 定位系统基本性能指标
• 2.3 考评系统实现功能
• 2.4 考评系统方案设计
• 2.4.1 方案一:GPS+视频
• 2.4.2 方案二:RFID+视频
• 2.4.3 方案三:ZigBee+视频
• 2.4.4 考评子系统方案对比和选择
• 第3章 ZIGBEE技术
• 3.1 ZIGBEE技术的起源、特点及其应用
• 3.1.1 ZigBee技术的起源
• 3.1.2 ZigBee技术特点
• 3.1.3 ZigBee技术的应用
• 3.2 ZIGBEE协议栈
• 3.2.1 物理层（PHY）
• 3.2.2 媒介访问控制（MAC）子层
• 3.2.3 网络层（NWK）
• 3.2.4 应用层（AP）
• 3.3 ZIGBEE网络的拓扑结构类型
• 3.4 ZIGBEE定位技术的介绍
• 第4章 系统硬件组网设计
• 4.1 系统组成及结构示意图
• 4.2 网络节点硬件设计
• 4.2.1 CC2430/2431通信芯片
• 4.2.2 CC2430/2431片上系统硬件电路
• 4.2.3 节点模块辅助电路
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 定位网络开发流程图和通信流程图
• 5.2 系统所采用的定位算法
• 5.3 软件开发环境
• 5.4 节点的软件设计
• 5.4.1 无线定位应用Profile
• 5.4.2 协调器软件设计
• 5.4.3 参考节点软件设计
• 5.4.4 移动节点软件设计
• 5.5 考评成绩数据库方案设计
• 5.5.1 上位机和定位单元的通信设计
• 5.5.2 权值体系设计
• 5.5.3 考评成绩计算方法
• 第6章 综合调试及实验
• 6.1 点对点的通信
• 6.2 室内进行的定位实验
• 6.3 井场定位实验
• 第7章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 考评系统井场设备布置图
• 附录2 部分程序清单
• 攻读硕士学位期间发表的论文