基于电力线载波通信技术的矿井通风监控系统

发布时间：2017-07-16 06:04

  本文关键词：基于电力线载波通信技术的矿井通风监控系统

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【摘要】：本文提出一种基于电力线载波通信技术的矿井通风监控系统设计方案,主要研究了电力线载波通信的调制技术以及监控分站的软硬件设计。系统采用SCADA的控制理念,将井下已有照明线路作为系统底层通信链路,不仅能提供足够多的监测覆盖面,还可减少因线路故障而引起的系统失效;设计以ATmega128单片机为核心的监控分站并将其作为系统远程终端单元,可实现对井下瓦斯、CO、温度、风速等参数及局部通风机等机电设备运行状态的实时监测。针对传统调制技术应用于电力线通信时质量差的问题,本文提出将扩频技术作为载波调制技术,利用其良好的抗干扰性、抗衰落性,将电力线载波通信应用于本系统中。监控分站硬件部分主要包括电源模块、数据采集模块、存储单元、通信模块及人机接口。针对井下通常使用的电流型传感器设计了I/V转换电路,配合ATmega128内部10位ADC实现对8路模拟输入的循环采集,并在软件中采用数字滤波技术对数据进行处理以降低误差;设计了基于PL2102及其相应载波发送、接收及耦合电路的载波模块,并在软件中采用MODBUS-RTU协议实现中心站与分站间总线式的通信;为保证监控分站的独立性,采用接口为SPI、容量为2MB的闪存PM25LV016作为存储单元,与T/C配合实现监测量实时、快速、准确存储;扩展的液晶显示屏和键盘支持监测监控量实时显示及参数就地手动更改,使系统功能更加完善。通过实验验证,所设计的监控分站测试精度能达1.2%,实现了显示、存储以及参数更改等功能,满足了监控分站的设计要求。
【关键词】：矿井通风 电力线载波通信 扩频通信 监控分站 ATmega128 PL2102
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD724
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 课题研究背景及意义7-8
• 1.2 煤矿监控系统的发展历程和趋势8-9
• 1.2.1 国外煤矿监控系统的发展历程8
• 1.2.2 煤矿监控系统在我国的应用现状8
• 1.2.3 煤矿监控系统的发展趋势8-9
• 1.3 电力线载波通信概述9-10
• 1.3.1 电力线通信的发展历程及趋势9-10
• 1.3.2 我国低压电力线通信目前存在的主要问题10
• 1.3.3 电力线通信在矿井监控系统中的应用10
• 1.4 本课题的研究目标和内容10-11
• 1.5 本章小结11-12
• 2.矿井通风监控系统总体方案设计12-15
• 2.1 系统总体方案设计12-14
• 2.1.1 模块化的硬件设计方案13-14
• 2.1.2 结构化的软件设计方案14
• 2.2 本章小结14-15
• 3.矿井通风监控系统通信技术研究15-21
• 3.1 电力线载波通信技术15-18
• 3.1.1 电力线载波通信原理15
• 3.1.2 低压电力线信道特性分析15-17
• 3.1.3 基于扩频方式的电力线载波通信技术17-18
• 3.1.4 基于OFDM方式的电力线载波通信技术18
• 3.2 矿井通风监控系统信号调制方式的确定18-19
• 3.3 矿井通风监控系统数据传输通道19-20
• 3.4 本章小结20-21
• 4.矿井通风监控系统分站硬件电路设计21-38
• 4.1 矿井通风系统主要监测对象及传感器选型21-23
• 4.2 主控芯片选型及其基本功能电路23-24
• 4.3 监控分站电源设计24-25
• 4.4 矿井通风监控系统监测量输入电路设计25-29
• 4.4.1 通用模拟量输入调理电路25-29
• 4.4.2 通用开关量输入电路29
• 4.5 矿井通风监控系统开关量输出电路设计29-31
• 4.5.1 声光报警电路29-30
• 4.5.2 继电器输出电路30-31
• 4.6 基于PL2102的电力载波通信模块电路设计31-34
• 4.7 大容量数据存储模块电路34
• 4.8 人机交互接口设计34-36
• 4.8.1 点阵液晶显示电路34-35
• 4.8.2 数字键盘输入电路35-36
• 4.9 硬件抗干扰设计36
• 4.10 矿井通风监控系统本质安全设计36-37
• 4.11 本章小结37-38
• 5.矿井通风监控系统软件设计38-50
• 5.1 嵌入式系统软件设计方法38
• 5.2 矿井通风监控系统软件结构38-49
• 5.2.1 监控分站主程序设计39-40
• 5.2.2 监控分站数据采集子程序40-42
• 5.2.3 基于MODBUS-RTU协议的载波通信子程序42-46
• 5.2.4 监测监控数据存储子程序46-48
• 5.2.5 人机交互子程序设计48-49
• 5.3 本章小结49-50
• 6.矿井通风监控系统的调试与功能验证50-58
• 6.1 硬件主要功能调试50
• 6.2 监控分站功能验证50-57
• 6.2.1 监控分站数据采集精度测试50-54
• 6.2.2 监控分站功能验证54-55
• 6.2.3 载波模块调试55-57
• 6.3 本章小结57-58
• 7.结论与展望58-60
• 7.1 结论58
• 7.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：547286