【摘要】：我國是煤炭生產(chǎn)和消費大國,煤炭的安全生產(chǎn)關(guān)系著國民經(jīng)濟的健康發(fā)展,無軌膠輪車等礦用運輸車輛的廣泛應(yīng)用在提高煤炭生產(chǎn)和運輸效率的同時,由于煤礦井下的空間狹小且光線昏暗、設(shè)備繁雜等諸多條件限制,駕駛員在倒車過程中面臨著極大的倒車風(fēng)險,為安全生產(chǎn)埋下隱患。因此需要設(shè)計一套礦用倒車預(yù)警系統(tǒng),以提高行車安全性。超聲測距系統(tǒng)是倒車預(yù)警系統(tǒng)的重要組成部分,然而傳統(tǒng)的超聲測距裝置在驅(qū)動電路中引入中周變壓器以滿足超聲換能器的驅(qū)動要求,但由于其電感非線性特征的影響,導(dǎo)致儲能遠高于點燃爆炸性氣體所需的最小能量,極易引燃煤礦井下的爆炸性氣體,引發(fā)安全事故。為此我們開展了相應(yīng)技術(shù)研究,設(shè)計了無變壓器的超聲驅(qū)動電路并進行本質(zhì)安全參數(shù)計算,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了由無變壓器超聲測距系統(tǒng)、FPGA倒車影像系統(tǒng)和測距數(shù)據(jù)與視頻融合系統(tǒng)三個子系統(tǒng)構(gòu)成的礦用倒車預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用本安電源供電,在完成各子系統(tǒng)電源電路的基礎(chǔ)上,通過設(shè)計外圍電路和通信電路,完成以elmos芯片為核心的無變壓器超聲測距硬件電路,并根據(jù)其測距時序和指令集利用STC處理器的邊沿捕獲功能,實現(xiàn)距離測量和數(shù)據(jù)發(fā)送,同時利用低導(dǎo)通電阻的模擬開關(guān)芯片,實現(xiàn)四路超聲測距;在設(shè)計FPGA外圍電路基礎(chǔ)上,利用QuartusII軟件進行Verilog編程,實現(xiàn)視頻解碼芯片ADV7180的通信配置、PAL視頻讀取和色彩空間轉(zhuǎn)換及TFTLCD的驅(qū)動,完成倒車影像視頻信號的解碼與顯示;通過對LIN總線和OSD芯片MAX7456的外圍電路及通信時序與控制指令研究,明確了視頻信號融合流程,利用LIN通信接收超聲測距系統(tǒng)的距離數(shù)據(jù),并采集視頻信號實現(xiàn)復(fù)合視頻信號的數(shù)據(jù)融合輸出和顯示。在驗證各子系統(tǒng)硬件、軟件功能的基礎(chǔ)上,完成全系統(tǒng)的調(diào)試,實驗表明測距系統(tǒng)可以實現(xiàn)四路距離測量,且測量范圍為250~2700mm,誤差小于30mm;測量波動小于10mm;通過LIN總線可進行可靠、準確的數(shù)據(jù)傳輸,本系統(tǒng)能實現(xiàn)含有距離信息在內(nèi)的視頻融合信號的800*480分辨率的TFTLCD顯示。本礦用倒車預(yù)警系統(tǒng)的研制為在燃爆環(huán)境下提高行車安全提供了一種可行的方案,駕駛員在實時觀察后視鏡視覺盲區(qū)影像的同時能夠準確了解障礙物的實時距離。本系統(tǒng)對于降低煤礦井下倒車事故的發(fā)生,保證煤礦井下工作人員的生命和財產(chǎn)安全具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD525
【圖文】：

放電能量如式（2-13）：0( ) ( )TW U t i t dt 能量損失，則評定電路是否本安的判別方法如式（2-1minW W、電容的放電能量，則按照式（2-15）進行計算22C1212LW LIW CU 燃曲線法，如圖 2-6 所示，針對不同環(huán)境氣體（I 類甲 類氫氣）下，不同典型電路（電阻、電容、電感）和材質(zhì)繪制的反映電壓、電流、電感和電容相互關(guān)系和點燃特值大小，以得到電路安全性評價標準。

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文.3 驅(qū)動電路性能測試及本安參數(shù)計算（1）驅(qū)動能力測試根據(jù)圖 3-4 所示的無變壓器超聲驅(qū)動電路，利用兩個型號相同的超聲換能器，分別為超聲波發(fā)出與接收端，兩換能器正面相對且其距離為 50cm，利用本安電源提供電，經(jīng)處理后得到 12V 驅(qū)動電壓，所得到的超聲波發(fā)送換能器兩端驅(qū)動脈沖和超聲波接換能器兩端回波波形如圖 3-5 所示。可以看到，驅(qū)動脈沖電壓為 12V，且驅(qū)動頻率為 58kHz，回波為電壓為 14mV，即證明該驅(qū)動電路可以實現(xiàn)對換能器的有效驅(qū)動。

圖 3-12 R1為 1 kΩ時的 IO 通信電平圖Fig.3-12 Diagram of the level on IO communication（R1=1kΩ）2 中兩條曲線分別為圖 3-11 中電阻 R1為 1 kΩ情況下，測距進行0 芯片 RXD 端口的電平變化情況。在控制器發(fā)測距指令期間（TO 接口電壓而變化（115μs 的顯性電平），但在 T1、T2時刻，雖然距信息，且 IO 線產(chǎn)生了電平變化，但 RXD 端電壓未發(fā)生變化，”電平為 5.8V，超出了 TJA1020 對低電平最高電壓的判定閾值，因此需要對硬件電路進行改進。3（a）、圖 3-13（b）分別為 R1取值為 2kΩ和 3.5kΩ時，系統(tǒng)測距可實現(xiàn)測距指令發(fā)送（分別為 123μs、128μs 的顯性電平），且在 電平下降到低電平時，RXD 的電平也隨之發(fā)生變化，此時 IO 接別為 4.0V 和 3.2V，符合 IO 接口對低電平的規(guī)定，因此會在 RX取 2 kΩ和 3.5 kΩ時電路可以完成正常通信與數(shù)據(jù)

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本文編號：2746433