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采用CAN总线的煤矿安监系统井下分站的设计

作　者: 张华
导　师: 杨莉
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 煤矿井下分站安全监控 CAN总线信号采集
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 206次
引　用: 4次
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内容摘要

煤炭是重要的战略资源,煤炭工业是我国国民经济的重要支柱。煤矿井下环境具有高危险性,我国煤矿矿难事故频发,安全形势不容乐观。有必要加强对煤矿生产系统的安全监控,减少安全事故的发生。本课题针对这一情况而提出,设计符合国家标准的煤矿安监系统井下分站。论文在对相关国家标准和行业标准的研究与分析的基础上。首先,设计了井下分站的总体方案,确定了井下分站需要实现的功能:与上位机之间能够进行10公里无中继传输;能够监测甲烷、一氧化碳等危险气体的浓度;气体浓度超标后,2秒钟警报内信息能上传至上位机;能够接收上位机的指令,对工作状态进行调整和配置;能够容忍一定的电源电压波动,在主电源失效的情况下仍可工作一段时间等。然后,设计了满足功能要求并且符合国家标准的硬件电路。采用S3C44B0X为核心设计了主控电路,满足数据快速处理和上传功能;使用PIC18F4580设计了CAN总线接口和数据采集电路,使井下分站能够进行10公里无中继传输以及信号的快速采集;设计了具有后备电池的本质安全型电源;采用320×240单色液晶屏设计了用户界面。在硬件设计的基础上,进行了井下分站软件的设计,论述了软件模块功能和执行流程。重点分析了CAN总线传输报文的特点,设计了适用于井下分站的传输协议,满足了信息快速传送的要求,同时避免了总线负载过重,确保了系统的稳定性和可靠性。针对井下气体的交叉干扰,提出了一种去除交叉干扰的方法并应用于井下分站数据处理模块。最后,采用VB6.0编写了可用于调试和监测的上位机软件,实现了上位机对井下分站的监控和配置。实验结果表明,井下分站满足各项功能要求,达到了预期的设计目标,能够稳定工作,可用于煤矿井下环境。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-11
  1.1 课题概述  8-9
    1.1.1 课题题目和来源  8
    1.1.2 课题研究的背景  8
    1.1.3 课题研究的目的和意义  8-9
  1.2 本课题有关的国内外研究现状  9-10
  1.3 本课题的研究内容  10-11
第2章井下分站功能分析和CAN总线技术  11-17
  2.1 井下分站的功能需求  11
  2.2 井下分站的功能分析和实现方式  11-13
    2.2.1 10km无中继传输及30S巡检  11-12
    2.2.2 频率信号采集及2S控制时间  12
    2.2.3 显示功能  12
    2.2.4 备用电源功能  12-13
  2.3 器件选型  13-14
  2.4 CAN总线技术  14-16
    2.4.1 CAN总线技术简介  14
    2.4.2 CAN总线的特点和优点  14-16
  2.5 本章小结  16-17
第3章井下分站的硬件设计与实现  17-37
  3.1 总体硬件电路设计  17-18
  3.2 信号预处理电路的设计  18-24
    3.2.1 频率信号预处理电路  18-20
    3.2.2 频率信号采集电路  20-21
    3.2.3 电流信号隔离电路  21-24
    3.2.4 AD参考电压电路设计  24
  3.3 CAN总线通信电路的设计  24-26
  3.4 显示电路的设计  26-29
    3.4.1 电平转换电路  26-28
    3.4.2 背光控制电路  28
    3.4.3 对比度控制电路  28-29
  3.5 电源及电源管理电路的设计  29-34
    3.5.1 电源自动切换电路  31
    3.5.2 过流过压保护电路  31-33
    3.5.3 电压变换电路  33-34
  3.6 检测电路和控制电路  34-35
  3.8 RS-232接口电路  35-36
  3.9 本章小结  36-37
第4章井下分站的软件设计  37-65
  4.1 软件功能的整体分析和设计  37-40
  4.2 井下分站内数据结构  40-41
  4.3 CAN总线通信设计  41-43
  4.4 主控芯片和数据采集芯片的通信设计  43-45
  4.5 数据采集/CAN接口部分程序设计  45-58
    4.5.1 数据采集程序设计  46-50
    4.5.2 CAN-232接口设计  50-58
  4.6 气体传感器数据处理程序设计  58-60
    4.6.1 气体传感器输出信号特性分析  58-59
    4.6.2 随机噪声处理  59
    4.6.3 气体交叉干扰处理  59-60
  4.7 CAN信息处理程序设计  60-61
  4.8 显示部分程序设计  61-64
    4.8.1 显示程序原理  61-62
    4.8.2 字符显示处理  62-64
  4.9 本章小结  64-65
第5章实验与总结  65-69
  5.1 实验  65-67
    5.1.1 上位机软件设计  65-66
    5.1.2 试验结果和分析  66-67
  5.2 总结和展望  67-69
参考文献  69-72
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

采用CAN总线的煤矿安监系统井下分站的设计

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