矿井水文监测系统的研究与设计

发布时间：2017-05-27 23:01

  本文关键词：矿井水文监测系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿井下的主要灾害之一就是地下水,对煤矿的安全生产有着重大的安全隐患,其主要表现在矿井排水系统的排水能力不足以应付突然增加的矿井涌水量,因此,对于监测井下排水沟水流量、出水点涌水量是非常重要的。目前,一般对矿井水文信息的监测是通过人工对所选定观测点定期、逐点测量来实现的,其缺点是难以在较短的时间里获取大量的涌水量数据来分析涌水点的涌水情况,因此不能及时发现突水的发生。此外,对于井下钻孔水压、水仓水位、地面野外钻孔水位等参数的监测也同样十分重要。因此,非常有必要建立矿井水文自动监测报警系统。 本系统以工业以太网、CAN总线网络和GPRS网络为平台,为矿井建立一个实时性强、高精度、高度自动化、高可靠性,能够实现不间断测量并利用计算机分析、辅助决策的,适用井下及地面各种水文参数(水位、水压水温,明渠流量,管道流量等)并利用工业以太网、CAN总线网络和GPRS网络进行数据传输的水文监测系统,以及时掌握地下水动态、保障煤矿的安全、正常生产。 本设计突破了传统的人工记录、手工查询、纸张保存等落后手段,实现了高效、快捷智能化的数据采集方案,在硬件设计和网络设计上均采用多级结构：硬件上,分为采集终端(移动采集终端)、井下通讯分站和井上通讯分站；网络上,采用两级网络通信机制,即上层的以太网和底层的CAN总线网络、GPRS网络。采集终端和移动采集终端是网络的末端。 本文首先对水文监测系统的发展现状和采用的原理及其技术进行了简单介绍。接着分析了整个水文监测系统的结构,包括系统的硬件结构、网络拓扑结构和软件结构。其次,详细给出了系统的硬件电路设计,介绍了各个模块,如微控制器电路模块、MG2639(GPRS)模块,CAN通讯模块和AD模拟信号采集模块等的电路设计、功能及使用设置等情况。然后分析了系统的网络拓扑结构与网络协议设计,重点介绍了本设计使用的CAN总线协议和CAN通讯协议设计情况。接下来介绍了系统的软件设计,包括硬件层、驱动层、系统层和应用层,并详细的给出了各个层的软件工作流程和层与层之间的协调工作机制。最后,对系统软硬件运行情况进行了联机调试,并且分析了系统在上电之后的运行状况。
【关键词】：矿井 CAN总线 水文监测 Internet GPRS
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 课题背景14-15
• 1.2 国内现有的水文监测系统普遍存在的不足与现状15-16
• 1.3 本水文监测系统的设计目的及意义16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-20
• 2 水文监测系统的整体架构20-28
• 2.1 水文监测系统的硬件结构21-23
• 2.1.1 采集终端硬件结构21-22
• 2.1.2 井下通讯分站硬件结构22
• 2.1.3 井上通讯分站硬件结构22-23
• 2.2 水文监测系统的软件架构23-26
• 2.2.1 采集终端软件结构23-24
• 2.2.2 井下通讯分站软件结构24-25
• 2.2.3 井上通讯分站软件结构25-26
• 2.3 本章小结26-28
• 3 水文监测系统硬件电路设计28-48
• 3.1 采集终端的硬件组成介绍28-43
• 3.1.1 MSP430F5438微控制器电路28-31
• 3.1.2 电源电路31-36
• 3.1.2.1 电源充电检测电路31-32
• 3.1.2.2 电池管理电路32-33
• 3.1.2.3 电源开关电路33-34
• 3.1.2.4 稳压电路34-36
• 3.1.3 MG2639模块电路36-37
• 3.1.4 CAN通讯模块电路37-39
• 3.1.5 AD模拟信号采集电路39-41
• 3.1.6 485通讯模块电路41-42
• 3.1.7 TFT液晶电路42-43
• 3.1.8 铁电储存器电路43
• 3.2 井下通讯分站硬件组成介绍43-45
• 3.2.1 W5100以太网硬件电路44-45
• 3.3 井上通讯分站硬件组成介绍45-47
• 3.3.1 MSP430F5325微控制器硬件电路46
• 3.3.2 串口转USB硬件电路46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 水文监测系统网络拓扑结构与网络协议设计48-56
• 4.1 网络拓扑结构48
• 4.2 网络协议设计48-54
• 4.2.1 CAN总线数据链路层协议介绍49-50
• 4.2.2 CAN总线网络层协议介绍50-54
• 4.3 本章小结54-56
• 5 水文监测系统软件设计56-76
• 5.1 采集终端软件介绍56-72
• 5.1.1 硬件层56-60
• 5.1.2 驱动层60-67
• 5.1.2.1 电源开关驱动60-61
• 5.1.2.2 MG2639驱动61-64
• 5.1.2.3 MCP2515驱动64
• 5.1.2.4 AD7792驱动64-65
• 5.1.2.5 TFT驱动65-67
• 5.1.3 系统层67
• 5.1.4 应用层67-72
• 5.1.4.1 电池管理任务68-69
• 5.1.4.2 传感器数据采集任务69-70
• 5.1.4.3 CAN和GPRS数据通讯任务70-71
• 5.1.4.4 能耗管理任务71
• 5.1.4.5 GUI任务71-72
• 5.2 井下通讯分站软件介绍72-74
• 5.2.1 W5100驱动程序72-74
• 5.2.2 W5100数据通讯任务74
• 5.3 井上通讯分站软件介绍74-75
• 5.4 本章小结75-76
• 6 系统调试及运行76-86
• 6.1 系统软件调试76-81
• 6.1.1 创建项目工程76-80
• 6.1.2 程序的编译80-81
• 6.2 系统联机调试81-82
• 6.3 硬件调试过程82-84
• 6.4 本章小结84-86
• 7 总结与展望86-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 作者简介及读研期间主要科研成果94

【参考文献】

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本文编号：401348