本文關(guān)鍵詞：基于電力線載波通信技術(shù)的礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)

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【摘要】：本文提出一種基于電力線載波通信技術(shù)的礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,主要研究了電力線載波通信的調(diào)制技術(shù)以及監(jiān)控分站的軟硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用SCADA的控制理念,將井下已有照明線路作為系統(tǒng)底層通信鏈路,不僅能提供足夠多的監(jiān)測覆蓋面,還可減少因線路故障而引起的系統(tǒng)失效;設(shè)計(jì)以ATmega128單片機(jī)為核心的監(jiān)控分站并將其作為系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端單元,可實(shí)現(xiàn)對井下瓦斯、CO、溫度、風(fēng)速等參數(shù)及局部通風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。針對傳統(tǒng)調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于電力線通信時(shí)質(zhì)量差的問題,本文提出將擴(kuò)頻技術(shù)作為載波調(diào)制技術(shù),利用其良好的抗干擾性、抗衰落性,將電力線載波通信應(yīng)用于本系統(tǒng)中。監(jiān)控分站硬件部分主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲單元、通信模塊及人機(jī)接口。針對井下通常使用的電流型傳感器設(shè)計(jì)了I/V轉(zhuǎn)換電路,配合ATmega128內(nèi)部10位ADC實(shí)現(xiàn)對8路模擬輸入的循環(huán)采集,并在軟件中采用數(shù)字濾波技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以降低誤差;設(shè)計(jì)了基于PL2102及其相應(yīng)載波發(fā)送、接收及耦合電路的載波模塊,并在軟件中采用MODBUS-RTU協(xié)議實(shí)現(xiàn)中心站與分站間總線式的通信;為保證監(jiān)控分站的獨(dú)立性,采用接口為SPI、容量為2MB的閃存PM25LV016作為存儲單元,與T/C配合實(shí)現(xiàn)監(jiān)測量實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確存儲;擴(kuò)展的液晶顯示屏和鍵盤支持監(jiān)測監(jiān)控量實(shí)時(shí)顯示及參數(shù)就地手動更改,使系統(tǒng)功能更加完善。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所設(shè)計(jì)的監(jiān)控分站測試精度能達(dá)1.2%,實(shí)現(xiàn)了顯示、存儲以及參數(shù)更改等功能,滿足了監(jiān)控分站的設(shè)計(jì)要求。
【關(guān)鍵詞】：礦井通風(fēng) 電力線載波通信 擴(kuò)頻通信 監(jiān)控分站 ATmega128 PL2102
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD724
【目錄】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 緒論7-12
• 1.1 課題研究背景及意義7-8
• 1.2 煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢8-9
• 1.2.1 國外煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程8
• 1.2.2 煤礦監(jiān)控系統(tǒng)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀8
• 1.2.3 煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢8-9
• 1.3 電力線載波通信概述9-10
• 1.3.1 電力線通信的發(fā)展歷程及趨勢9-10
• 1.3.2 我國低壓電力線通信目前存在的主要問題10
• 1.3.3 電力線通信在礦井監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用10
• 1.4 本課題的研究目標(biāo)和內(nèi)容10-11
• 1.5 本章小結(jié)11-12
• 2.礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)12-15
• 2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)12-14
• 2.1.1 模塊化的硬件設(shè)計(jì)方案13-14
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)化的軟件設(shè)計(jì)方案14
• 2.2 本章小結(jié)14-15
• 3.礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)通信技術(shù)研究15-21
• 3.1 電力線載波通信技術(shù)15-18
• 3.1.1 電力線載波通信原理15
• 3.1.2 低壓電力線信道特性分析15-17
• 3.1.3 基于擴(kuò)頻方式的電力線載波通信技術(shù)17-18
• 3.1.4 基于OFDM方式的電力線載波通信技術(shù)18
• 3.2 礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)信號調(diào)制方式的確定18-19
• 3.3 礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通道19-20
• 3.4 本章小結(jié)20-21
• 4.礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)分站硬件電路設(shè)計(jì)21-38
• 4.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要監(jiān)測對象及傳感器選型21-23
• 4.2 主控芯片選型及其基本功能電路23-24
• 4.3 監(jiān)控分站電源設(shè)計(jì)24-25
• 4.4 礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測量輸入電路設(shè)計(jì)25-29
• 4.4.1 通用模擬量輸入調(diào)理電路25-29
• 4.4.2 通用開關(guān)量輸入電路29
• 4.5 礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)量輸出電路設(shè)計(jì)29-31
• 4.5.1 聲光報(bào)警電路29-30
• 4.5.2 繼電器輸出電路30-31
• 4.6 基于PL2102的電力載波通信模塊電路設(shè)計(jì)31-34
• 4.7 大容量數(shù)據(jù)存儲模塊電路34
• 4.8 人機(jī)交互接口設(shè)計(jì)34-36
• 4.8.1 點(diǎn)陣液晶顯示電路34-35
• 4.8.2 數(shù)字鍵盤輸入電路35-36
• 4.9 硬件抗干擾設(shè)計(jì)36
• 4.10 礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)本質(zhì)安全設(shè)計(jì)36-37
• 4.11 本章小結(jié)37-38
• 5.礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)38-50
• 5.1 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法38
• 5.2 礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)38-49
• 5.2.1 監(jiān)控分站主程序設(shè)計(jì)39-40
• 5.2.2 監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集子程序40-42
• 5.2.3 基于MODBUS-RTU協(xié)議的載波通信子程序42-46
• 5.2.4 監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲子程序46-48
• 5.2.5 人機(jī)交互子程序設(shè)計(jì)48-49
• 5.3 本章小結(jié)49-50
• 6.礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試與功能驗(yàn)證50-58
• 6.1 硬件主要功能調(diào)試50
• 6.2 監(jiān)控分站功能驗(yàn)證50-57
• 6.2.1 監(jiān)控分站數(shù)據(jù)采集精度測試50-54
• 6.2.2 監(jiān)控分站功能驗(yàn)證54-55
• 6.2.3 載波模塊調(diào)試55-57
• 6.3 本章小結(jié)57-58
• 7.結(jié)論與展望58-60
• 7.1 結(jié)論58
• 7.2 展望58-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-64
• 附錄64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：547286