基于mesh网络的井下机车自主导航系统研究-硕士毕业论文

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1、硕士学位论文基于Mesh网络的井下机车自主导航系统研究ResearchonUndergroundLocomotiveAutonomousNavigationandControlSystemBasedonMesh作者：导师：北京交通大学2021年8月viii北京交通大学硕士学位论文基于Mesh网络的井下机车自主导航系统研究ResearchonUndergroundLocomotiveAutonomousNavigationandControlSystemBasedonMesh作者姓名：XXXX学号：XXXX导师姓名：XXXX职称：XXXX学位类别：XXXX学位级别：硕士学

2、科专业：XXXX研究方向：XXXX北京交通大学2021年8月viii致谢本论文的工作是在我的导师老师的悉心指导下完成的，老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来老师对我的关心和指导。在实验室工作及撰写论文期间，郭威、徐海飞、林旺、郑凤君、刘嘉宇等同学对我论文中的相关研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。大家在科研工作中互相帮助，结下了深厚的友谊。同时还要感谢实验室已毕业的师兄师姐们，他们在学习和生活上都给与了我帮助。另外也感谢我的父母和亲属，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。最后衷心祝愿我的老师和同学们身体

3、健康、万事如意！祝愿我的家人平安幸福、健康快乐！viiiviii北京交通大学硕士学位论文摘要摘要目前，我国矿山开采深度、强度和规模逐年增加，采矿条件愈加恶劣，急需先进的采矿设备和技术来改善现状。井下自主行走机车是采矿设备智能化研究的一大趋势，自主导航系统研究是自主行走机车核心内容。本课题设计的自主导航系统属于远程无线遥控系统的一部分，主要任务是实现一套基于无线Mesh网络（WirelessMeshNetwork，WMN）的井下机车自主导航系统，利用无线Mesh网络的组网优势和传输特性，实现机车无线定位和系统远程无线监控。通过NS2无线网络仿真实验研究适用于本系统的随机接

4、入机制，保障网络传输质量，最后通过仿真实验和实际测试验证导航算法和定位算法的可靠性、有效性。自主导航系统由核心控制单元和执行单元组成，核心控制单元采用LPC1768处理器，通过CAN、RS485、以太网通信接口采集激光扫描仪、转角传感器、旋转编码器、RFID阅读器数据，通过Flash模块存储数据；同时执行激光导航定位算法。执行单元接收核心控制单元的逻辑控制指令，通过PWM模块输出控制信号，驱动电机控制机车，并将机车运行状态、告警信息通过WMN发送至远程监控单元。本文首先介绍课题研究背景及意义、研究状况及研究目标；其次详细介绍远程无线遥控系统各部分主要功能，分析WMN拓扑

5、结构和相关标准；然后进行自主导航系统硬件设计，包括主控制器、通信单元、外围模块的电路设计。接着重点研究基于WMN的激光导航定位算法，详细设计激光导航算法路径规划、数据融合、逻辑反馈控制三个子系统，紧接着介绍自主导航系统软件设计，重点分析包括数据采集、导航算法、通信协议的软件设计；接着介绍MAC层DCF和EDCF随机接入机制，模拟系统网络拓扑完成QoS性能仿真；最后分析系统测试结果。实际仿真结果表明采用EDCF机制，网络服务质量更好；基于RSSI的三角质心定位算法适用于本系统；系统测试结果表明激光导航算法达到预期目标，实现自主导航定位功能和远程监控功能，具有较高应用和推广

6、价值。关键词：无线Mesh网络；激光导航；RSSI定位；QoS；LPC1768分类号：TN929.5viii北京交通大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTCurrently,thedepth,strengthandsizeofminingincreaseeveryyear,harshminingconditionsneedadvancedminingequipmentandtechnologytoimprovethesituation.Autonomousundergroundlocomotiveisamajortrendintheminingequipmen

7、t,thecoreofwhichisautonomousnavigationsystem.Autonomousnavigationsystemdesignedinthispaperispartofwirelessremotecontrolsystem,utilizingtheadvantagesandtransmissioncharacteristicsofWirelessMeshNetwork(WMN)toachievewirelesspositioningandremotemonitoringandcontrolling.Autono