本文關(guān)鍵詞：煤礦巷道本安型圍巖超聲位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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【摘要】：在煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),測(cè)量圍巖位移距離多采用超聲波測(cè)距法。超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單,設(shè)備成本低廉,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行。但是巷道中條件惡劣,噪音干擾大,極大影響了超聲波設(shè)備的正常使用,并且一般的超聲波設(shè)備并不能達(dá)到煤礦生產(chǎn)本質(zhì)安全要求。煤礦井下巷道布局復(fù)雜,空間狹長(zhǎng),需要架設(shè)數(shù)量較多的監(jiān)測(cè)設(shè)備。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備體型較大,且需要鋪設(shè)大量線纜,給現(xiàn)場(chǎng)安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)帶來(lái)了極大不便。針對(duì)一般圍巖超聲位移監(jiān)測(cè)設(shè)備不符合國(guó)家有關(guān)規(guī)范,在井下使用受環(huán)境因素影響大,以及有線傳輸方式帶來(lái)的諸多不便,本文在研究WSN監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,結(jié)合煤礦巷道實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了一種基于STM32/CC2530芯片的礦用本安型礦井巷道圍巖位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要內(nèi)容如下:1)運(yùn)用序列匹配原理,設(shè)計(jì)了基于CC2530芯片的超聲波圍巖位移傳感器,通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)接收電路中的判決方式和采用分體式架構(gòu),有效降低了超聲波傳播過(guò)程中的能量損耗和衍射波對(duì)接受判決的干擾;設(shè)計(jì)了基于STM32芯片的采集分站,可對(duì)傳感器屬性進(jìn)行配置并提供基本常用功能。2)通過(guò)改進(jìn)時(shí)間同步通信機(jī)制,優(yōu)化了煤礦井下ZigBee無(wú)線通信傳輸,設(shè)計(jì)了適用于狹長(zhǎng)巷道的線型通信方式,并預(yù)留備用冗余通信鏈路,大大提高其擴(kuò)展性的同時(shí),提高了監(jiān)測(cè)的可靠性以及智能化程度。3)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1-2010設(shè)計(jì)了符合要求的礦用本安型圍巖位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可工作在煤礦井下等爆炸性環(huán)境中。最后在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)礦用本安型圍巖超聲位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。模擬巷道環(huán)境進(jìn)行了傳感器超聲位移測(cè)試,結(jié)果顯示傳感器在5m~7m測(cè)量范圍內(nèi)測(cè)量值波動(dòng)不超過(guò)±4mm,測(cè)量值輸出穩(wěn)定,測(cè)量誤差不大于±10mm,且將最大測(cè)量距離提高到8m以上,優(yōu)于同類型產(chǎn)品。搭建本安實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了電氣性能試驗(yàn)、電容測(cè)量試驗(yàn)和通訊性能測(cè)試,結(jié)果表明基本性能參數(shù)全部合格,整個(gè)系統(tǒng)滿足高效測(cè)量,安全可靠,監(jiān)測(cè)便捷的要求,達(dá)到設(shè)計(jì)目的。經(jīng)過(guò)重慶煤科院有關(guān)試驗(yàn)測(cè)試,該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范。部分設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)并安裝于煤礦現(xiàn)場(chǎng)。
【關(guān)鍵詞】：ZigBee 本安型 超聲波 傳感器
【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】：2016
【分類號(hào)】：TD325.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11-12
• 1.3 論文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 超聲波測(cè)距與m序列14-28
• 2.1 超聲波測(cè)距14-17
• 2.1.1 超聲波14
• 2.1.2 超聲波的特點(diǎn)14-15
• 2.1.3 超聲波在傳播過(guò)程中的衰減15-16
• 2.1.4 超聲波測(cè)距及應(yīng)用16-17
• 2.2 m序列17-24
• 2.2.1 二進(jìn)制隨機(jī)序列17-18
• 2.2.2 偽隨機(jī)序列18
• 2.2.3 m序列18
• 2.2.4 m序列的產(chǎn)生18-21
• 2.2.5 m序列信號(hào)的性質(zhì)21-22
• 2.2.6 m序列的應(yīng)用22-24
• 2.3 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)24-25
• 2.4 ZigBee和CC253025
• 2.5 總體設(shè)計(jì)方案25-28
• 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)28-44
• 3.1 超聲波圍巖位移傳感器29-35
• 3.1.1 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器31-33
• 3.1.2 超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路33-34
• 3.1.3 接收端放大電路與電平序列轉(zhuǎn)換電路34-35
• 3.1.4 電源模塊35
• 3.2 采集分站35-41
• 3.2.1 以太網(wǎng)模塊38-39
• 3.2.2 光電轉(zhuǎn)換模塊39-40
• 3.2.3 RS-485模塊40-41
• 3.3 硬件的本安設(shè)計(jì)41-44
• 第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)44-54
• 4.1 超聲波傳感器程序設(shè)計(jì)44-45
• 4.2 CC2530通信節(jié)點(diǎn)45-47
• 4.2.1 通信傳輸方式的選擇45-46
• 4.2.2 CC2530通信節(jié)點(diǎn)工作流程46-47
• 4.3 分站工作流程47
• 4.4 采集分站功能設(shè)計(jì)47-54
• 4.4.1 開(kāi)機(jī)界面47-48
• 4.4.2 初始化操作48-52
• 4.4.3 數(shù)據(jù)查詢52
• 4.4.4 高級(jí)功能介紹52-54
• 第五章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析54-62
• 5.1 編碼54-55
• 5.2 初步測(cè)試55-57
• 5.3 傳感器測(cè)距試驗(yàn)57-58
• 5.4 測(cè)距結(jié)果分析58
• 5.5 本安試驗(yàn)方法58-62
• 5.5.1 環(huán)境條件58-59
• 5.5.2 電氣性能試驗(yàn)59-60
• 5.5.3 電容測(cè)量試驗(yàn)60
• 5.5.4 其他本安測(cè)試60-62
• 第六章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 總結(jié)62-63
• 6.2 展望63-64
• 附錄64-66
• 1. 隨機(jī)數(shù)生成表64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 致謝70-72
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72

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本文編號(hào)：951609