發(fā)布時間：2017-08-29 06:27

  本文關(guān)鍵詞：超聲波與圖像融合的礦用車輛倒車預(yù)警系統(tǒng)

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【摘要】：在煤礦的開采過程當(dāng)中,安全問題一直是重中之重,礦井內(nèi)部空間相對狹窄、光線不足,并且礦井當(dāng)中普遍具有大量的電氣設(shè)備和機械設(shè)備,人員往來頻繁,給操作運輸設(shè)備的駕駛員帶來很大挑戰(zhàn),稍有不慎就會給接近的工作人員和其他設(shè)備帶來很大的安全威脅。煤礦井下屬于易燃易爆的特殊環(huán)境,現(xiàn)有的倒車預(yù)警系統(tǒng)由于本身不滿足本質(zhì)安全特性并不能在礦井內(nèi)部使用。為解決這一問題,本文研制并實現(xiàn)了超聲波與圖像融合的礦用車輛倒車預(yù)警系統(tǒng)以滿足煤礦井下的車輛的倒車預(yù)警需求。整個倒車預(yù)警系統(tǒng)包括三個部分:本安超聲波測距報警系統(tǒng)、本安倒車影像系統(tǒng)與本安輸出直流穩(wěn)壓電源。其中本安超聲波測距系統(tǒng)可以同時控制四個探頭協(xié)同工作,實時檢測各個方向的障礙物距離并顯示在觀察液晶屏上,根據(jù)所測得的距離的大小通過報警器發(fā)出不同頻率的報警信號。本安倒車影像系統(tǒng)起到與超聲波測距系統(tǒng)互補的作用,更加直觀地顯示倒車區(qū)域的實時影像。整個系統(tǒng)由設(shè)計的本質(zhì)安全輸出直流穩(wěn)壓電源供電,該電源能夠提供雙重過壓、過流保護(hù)功能,可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的過載與過壓故障保護(hù)。主要研究內(nèi)容如下:首先對本質(zhì)安全電路及本質(zhì)安全電源的基本理論進(jìn)行了研究,進(jìn)而設(shè)計并實現(xiàn)了具有雙重過壓、過流保護(hù)功能的本安輸出直流穩(wěn)壓電源。根據(jù)開關(guān)式穩(wěn)壓芯片的特點,選用單片式開關(guān)型穩(wěn)壓集成芯片LM2576-ADJ構(gòu)成開關(guān)式穩(wěn)壓電源,通過器件選型及外圍電路匹配,可以使輸出電壓穩(wěn)定在12v左右。設(shè)計了基于高速比較器切換的雙重過壓、過流保護(hù)電路,保證了電源的本質(zhì)安全輸出特性。另外設(shè)計了自恢復(fù)電路,當(dāng)電路出現(xiàn)故障導(dǎo)致輸出電壓或電流超出閾值時,切斷電源供電,故障解除后,自動恢復(fù)供電。接著,基于超聲波測距芯片gm3101和單片機msp430f149設(shè)計了本質(zhì)安全超聲波測距及報警系統(tǒng)。首先分析了超聲波測距的原理及其特點,研究了超聲波換能器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作機理,并對換能器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電路等效和阻抗匹配。然后,提出了一種本質(zhì)安全超聲波測距方案,對系統(tǒng)各個部分進(jìn)行了硬件電路設(shè)計,并設(shè)計了軟件程序。采用高速光耦隔離與阻抗匹配組合的超聲波換能器驅(qū)動電路,該驅(qū)動電路可以很好地隔離輸入和輸出信號,限制儲能元件的能量范圍,并經(jīng)過計算分析,使電路滿足本質(zhì)安全電路要求。通過研究倒車影像系統(tǒng)的tft-lcd屏的像素結(jié)構(gòu)及驅(qū)動理論,制定了顯示驅(qū)動方案。設(shè)計了倒車影像系統(tǒng)硬件與軟件系統(tǒng),包括視頻信號輸入電路、mst703的各級供電電路、spi通信電路、軟件程序,實現(xiàn)了基于單片式視頻驅(qū)動芯片mst703的本安倒車影像系統(tǒng)設(shè)計。最后,建立了礦用車輛倒車預(yù)警系統(tǒng)的試驗裝置,采用本安電源供電,通過試驗分析了各部分的本安特性及倒車預(yù)警性能。試驗結(jié)果表明:所設(shè)計的本安輸出直流穩(wěn)壓電源的額定輸出電壓為12v,過壓保護(hù)動作閾值為12.7v、過流動作保護(hù)值為453ma,具有良好的雙重過壓、過流保護(hù)特性。本安超聲波測距報警系統(tǒng)具有良好的線性度和可重復(fù)性。實現(xiàn)了分辨率為800*480的tft-lcd的低時延、高穩(wěn)定顯示。超聲波與圖像融合的礦用車輛倒車預(yù)警系統(tǒng)的研制為煤礦井下車輛預(yù)警提供了一種可行的方案,可以實時觀察倒車區(qū)域的影像并能準(zhǔn)確知道障礙物的距離,對于保護(hù)煤礦井下車輛和人員安全具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：本質(zhì)安全 超聲波測距 倒車影像 本安電源
【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】：2016
【分類號】：TD52
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 本質(zhì)安全電路的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 車輛倒車預(yù)警系統(tǒng)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 課題主要研究內(nèi)容及工作安排19-21
• 第二章 本質(zhì)安全電路21-37
• 2.1 本質(zhì)安全電路的基本理論21-25
• 2.1.1 本質(zhì)安全電路的定義及設(shè)計原則21-22
• 2.1.2 電路的基本放電形式22-23
• 2.1.3 不同性質(zhì)電路的電氣放電過程分析23-25
• 2.2 本安輸出直流穩(wěn)壓電源設(shè)計25-32
• 2.2.1 本安輸出電源的基本結(jié)構(gòu)及性能要求25-26
• 2.2.2 電源總體設(shè)計方案26-27
• 2.2.3 穩(wěn)壓芯片選及直流穩(wěn)壓電路設(shè)計27-28
• 2.2.4 比較器選型及雙重過壓、過流保護(hù)電路設(shè)計28-32
• 2.3 電源本安性能測試及分析32-34
• 2.3.1 電源性能測試平臺32-33
• 2.3.2 電源的基本參數(shù)33
• 2.3.3 負(fù)載效應(yīng)及過流保護(hù)測試33-34
• 2.3.4 源效應(yīng)及電源效率測試34
• 2.4 本章小結(jié)34-37
• 第三章 本安超聲波測距報警系統(tǒng)37-57
• 3.1 超聲波測距的基本理論37-43
• 3.1.1 超聲波換能器及其阻抗匹配37-41
• 3.1.2 超聲波測距原理41-42
• 3.1.3 本安超聲波測距系統(tǒng)42-43
• 3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案43-46
• 3.2.1 MSP430單片機系統(tǒng)43-45
• 3.2.2 本安超聲波測距系統(tǒng)總體設(shè)計方案45-46
• 3.3 超聲波測距報警系統(tǒng)硬件設(shè)計46-54
• 3.3.1 超聲波測距主控芯片及外圍電路46-47
• 3.3.2 超聲波換能器本安驅(qū)動電路47-52
• 3.3.3 聲光報警及顯示電路52-53
• 3.3.4 供電電路53-54
• 3.4 超聲波測距報警系統(tǒng)軟件設(shè)計54-56
• 3.4.1 系統(tǒng)程序總體工作流程54-55
• 3.4.2 測距結(jié)果顯示子程序55-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 本安倒車影像系統(tǒng)57-73
• 4.1 倒車影像系統(tǒng)的基本理論57-60
• 4.1.1 TFT-LCD屏的像素結(jié)構(gòu)57-58
• 4.1.2 TFT-LCD屏的驅(qū)動原理58-60
• 4.2 本安倒車影像系統(tǒng)設(shè)計方案60-63
• 4.2.1 視頻處理芯片選擇60-62
• 4.2.2 倒車影像系統(tǒng)總體方案62-63
• 4.3 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計63-67
• 4.3.1 視頻信號輸入電路設(shè)計63-64
• 4.3.2 MST703供電電路設(shè)計64-65
• 4.3.3 SPI通信接口設(shè)計65
• 4.3.4 TFT-LCD背光電壓電路設(shè)計65-66
• 4.3.5 TFT-LCD顯示電壓電路設(shè)計66-67
• 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計67-71
• 4.4.1 軟件開發(fā)環(huán)境和程序下載工具67-69
• 4.4.2 電源時序設(shè)計69-70
• 4.4.3 視頻信號時序設(shè)計70-71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 第五章 系統(tǒng)實現(xiàn)及結(jié)果分析73-83
• 5.1 本安電源的短路實驗73
• 5.2 超聲波換能器驅(qū)動電路的性能分析73-77
• 5.2.1 中周驅(qū)動電路的非本安特性分析73-75
• 5.2.2 光耦與阻抗匹配組合電路的本安特性分析75-77
• 5.3 超聲波測距系統(tǒng)測距性能實驗和結(jié)果分析77-80
• 5.3.1 測距平臺搭建77-78
• 5.3.2 分辨率和盲區(qū)78
• 5.3.3 線性度78-79
• 5.3.4 可重復(fù)性79-80
• 5.4 視頻顯示實驗80-81
• 5.5 本章小結(jié)81-83
• 第六章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-91
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄91

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本文編號：751792