本文關(guān)鍵詞：礦用隔爆兼本安型超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)的研制

  更多相關(guān)文章： 超聲波 測(cè)距傳感器 本質(zhì)安全 礦用設(shè)備

【摘要】：在礦井的開采過程中,由于環(huán)境復(fù)雜,某些運(yùn)輸及生產(chǎn)設(shè)備易對(duì)其周圍人員及其它設(shè)備產(chǎn)生碰撞等安全威脅,目前尚無可在礦井內(nèi)使用的人員靠近報(bào)警系統(tǒng)。為解決這一問題,研制本質(zhì)安全型超聲波測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)以滿足礦井內(nèi)靠近報(bào)警的要求。 測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)利用一個(gè)控制報(bào)警顯示中心控制多個(gè)測(cè)距傳感器的原理,超聲波測(cè)距傳感器的研制是核心,因此首先對(duì)超聲波測(cè)距理論進(jìn)行研究,分析超聲波測(cè)距的原理及優(yōu)勢(shì),超聲波的溫敏及衰減特性,研究超聲波換能器的原理,類型及其量程,盲區(qū),測(cè)量角等各類參數(shù),并選用防水型收發(fā)一體超聲波換能器以適應(yīng)礦井環(huán)境。 為了使測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)可在礦井內(nèi)部安全使用,選用直流18V隔爆兼本安電源為其供電,控制報(bào)警顯示中心與測(cè)距傳感器中電路的各項(xiàng)參數(shù)都嚴(yán)格符合本質(zhì)安全的要求。為此,測(cè)距傳感器的換能器驅(qū)動(dòng)電路摒棄了防水型收發(fā)一體換能器通用的以升壓變壓器為核心的驅(qū)動(dòng)方式,設(shè)計(jì)出以高速光隔為核心的本質(zhì)安全型換能器驅(qū)動(dòng)電路；同時(shí),針對(duì)此驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)了合適的回波處理電路,回波處理電路中利用三路反向運(yùn)算放大電路放大超聲波回波脈沖,利用換能器共振特性,RLC并聯(lián)電路諧振特性,運(yùn)算放大電路的帶通特性對(duì)回波中的雜波與干擾進(jìn)行濾除,同時(shí)采取措施削弱回波中共模干擾以及避免運(yùn)算放大器之間產(chǎn)生自激現(xiàn)象,之后利用二極管實(shí)現(xiàn)回波背景噪聲的阻斷,最后采用峰值檢測(cè)電路與微處理器A/D采集功能實(shí)現(xiàn)回波脈沖的檢測(cè),微處理器檢測(cè)到超聲波飛行時(shí)間后計(jì)算出障礙物距離。測(cè)距傳感器的軟件設(shè)計(jì)利用微處理器I/O口低電平中斷功能接收測(cè)距指令,合理利用定時(shí)器功能實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射,飛行時(shí)間計(jì)時(shí)及頻率信號(hào)的發(fā)射。 控制報(bào)警顯示中心以MSP430F149微處理器為控制核心,控制測(cè)距進(jìn)行并接收測(cè)距傳感器傳回的障礙物距離值后進(jìn)行顯示與聲光報(bào)警；微處理器I/O口發(fā)出低電平脈沖控制測(cè)距傳感器開始測(cè)距,利用I/O口中斷功能接收測(cè)距傳感器發(fā)回的頻率信號(hào)；控制12864LCD液晶屏實(shí)時(shí)顯示測(cè)距結(jié)果,當(dāng)換能器檢測(cè)到的障礙物距離值小于預(yù)設(shè)危險(xiǎn)值時(shí),驅(qū)動(dòng)蜂鳴器與LED燈發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 最后對(duì)測(cè)距傳感器的量程、精度及溫敏特性進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,得出的試驗(yàn)結(jié)果表明測(cè)距傳感器具有較大的測(cè)量角及較小的死角,其精度及溫敏特性符合測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。 本質(zhì)安全測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)的研制實(shí)現(xiàn)了礦井中靠近報(bào)警,其測(cè)距傳感器除電路本質(zhì)安全外還具有便于安裝,抗干擾,防水,防塵的優(yōu)勢(shì),使其適用于礦井環(huán)境,因此具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：超聲波 測(cè)距傳感器 本質(zhì)安全 礦用設(shè)備
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TD76
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景及意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 本質(zhì)安全電路的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 超聲波測(cè)距技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容14-17
• 第二章 超聲波測(cè)距理論概述17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 超聲波測(cè)距技術(shù)17-20
• 2.2.1 測(cè)距技術(shù)概述17-18
• 2.2.2 超聲波測(cè)距原理及優(yōu)勢(shì)18-19
• 2.2.3 超聲波測(cè)距的溫敏特性19
• 2.2.4 超聲波能量衰減現(xiàn)象19-20
• 2.3 超聲波換能器20-23
• 2.3.1 換能器原理及類型20-21
• 2.3.2 換能器的盲區(qū)與死角21-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)25-39
• 3.1 引言25
• 3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及供電配置25-27
• 3.2.1 系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)25-26
• 3.2.2 系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-27
• 3.3 控制報(bào)警顯示中心電路27-33
• 3.3.2 MSP430F149微處理器的選用27-28
• 3.3.3 距離顯示與危險(xiǎn)報(bào)警電路28-30
• 3.3.4 按鍵檢測(cè)電路30-31
• 3.3.5 控制及通信電路31-33
• 3.4 測(cè)距傳感器電路33-38
• 3.4.1 換能器的選用33-34
• 3.4.2 STC12C5608AD微處理器的選用34-35
• 3.4.4 光耦型換能器驅(qū)動(dòng)電路35-38
• 3.4.5 回波處理電路38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 測(cè)距傳感器電路試驗(yàn)分析39-57
• 4.1 引言39
• 4.2 回波處理電路分析及試驗(yàn)39-45
• 4.2.1 放大電路分析39-40
• 4.2.2 回波信號(hào)調(diào)整電路試驗(yàn)分析40-43
• 4.2.3 峰值檢測(cè)電路試驗(yàn)分析43-45
• 4.3 電路濾波作用分析及試驗(yàn)對(duì)比45-51
• 4.3.1 換能器共振特性濾波作用分析45-47
• 4.3.2 并聯(lián)諧振濾波電路試驗(yàn)分析47-48
• 4.3.3 運(yùn)算放大電路帶通濾波仿真分析48-51
• 4.4 傳感器電路抗干擾性能分析及試驗(yàn)51-55
• 4.4.1 光耦隔噪優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析51-52
• 4.4.2 共模干擾抑制電路對(duì)比試驗(yàn)52-54
• 4.4.3 放大器自激現(xiàn)象仿真分析54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第五章 電路本質(zhì)安全性能分析57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 本質(zhì)安全電路57-61
• 5.2.1 本質(zhì)安全電路定義57-59
• 5.2.2 本質(zhì)安全電路的設(shè)計(jì)59-61
• 5.3 測(cè)距報(bào)警系統(tǒng)本質(zhì)安全特性分析61-65
• 5.3.1 換能器驅(qū)動(dòng)電路本質(zhì)安全特性分析61-64
• 5.3.2 供電電路的本質(zhì)安全特性分析64-65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及傳感器試驗(yàn)67-85
• 6.1 引言67
• 6.2 系統(tǒng)總體工作流程67
• 6.3 控制報(bào)警顯示中心程序設(shè)計(jì)67-75
• 6.3.1 控制信號(hào)發(fā)射及頻率信號(hào)接收68-69
• 6.3.2 最優(yōu)測(cè)距結(jié)果的篩選69
• 6.3.3 字符圖像顯示及聲光報(bào)警69-73
• 6.3.4 傳感器設(shè)置及參數(shù)修改73-75
• 6.4 測(cè)距傳感器程序設(shè)計(jì)75-79
• 6.4.1 超聲波測(cè)距流程75-78
• 6.4.2 頻率信號(hào)發(fā)射78-79
• 6.5 測(cè)距誤差試驗(yàn)分析79-83
• 6.5.1 傳感器試驗(yàn)裝置80
• 6.5.2 測(cè)距范圍試驗(yàn)分析80-81
• 6.5.3 精度及溫敏特性試驗(yàn)81-83
• 6.5.4 試驗(yàn)結(jié)果分析83
• 6.6 本章小結(jié)83-85
• 第七章 總結(jié)與展望85-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 致謝91-92
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：970227