超声波与图像融合的矿用车辆倒车预警系统

发布时间：2017-08-29 06:27

  本文关键词：超声波与图像融合的矿用车辆倒车预警系统

  更多相关文章： 本质安全 超声波测距 倒车影像 本安电源

【摘要】：在煤矿的开采过程当中,安全问题一直是重中之重,矿井内部空间相对狭窄、光线不足,并且矿井当中普遍具有大量的电气设备和机械设备,人员往来频繁,给操作运输设备的驾驶员带来很大挑战,稍有不慎就会给接近的工作人员和其他设备带来很大的安全威胁。煤矿井下属于易燃易爆的特殊环境,现有的倒车预警系统由于本身不满足本质安全特性并不能在矿井内部使用。为解决这一问题,本文研制并实现了超声波与图像融合的矿用车辆倒车预警系统以满足煤矿井下的车辆的倒车预警需求。整个倒车预警系统包括三个部分:本安超声波测距报警系统、本安倒车影像系统与本安输出直流稳压电源。其中本安超声波测距系统可以同时控制四个探头协同工作,实时检测各个方向的障碍物距离并显示在观察液晶屏上,根据所测得的距离的大小通过报警器发出不同频率的报警信号。本安倒车影像系统起到与超声波测距系统互补的作用,更加直观地显示倒车区域的实时影像。整个系统由设计的本质安全输出直流稳压电源供电,该电源能够提供双重过压、过流保护功能,可以实现对系统的过载与过压故障保护。主要研究内容如下:首先对本质安全电路及本质安全电源的基本理论进行了研究,进而设计并实现了具有双重过压、过流保护功能的本安输出直流稳压电源。根据开关式稳压芯片的特点,选用单片式开关型稳压集成芯片LM2576-ADJ构成开关式稳压电源,通过器件选型及外围电路匹配,可以使输出电压稳定在12v左右。设计了基于高速比较器切换的双重过压、过流保护电路,保证了电源的本质安全输出特性。另外设计了自恢复电路,当电路出现故障导致输出电压或电流超出阈值时,切断电源供电,故障解除后,自动恢复供电。接着,基于超声波测距芯片gm3101和单片机msp430f149设计了本质安全超声波测距及报警系统。首先分析了超声波测距的原理及其特点,研究了超声波换能器的内部结构及工作机理,并对换能器的内部结构进行了电路等效和阻抗匹配。然后,提出了一种本质安全超声波测距方案,对系统各个部分进行了硬件电路设计,并设计了软件程序。采用高速光耦隔离与阻抗匹配组合的超声波换能器驱动电路,该驱动电路可以很好地隔离输入和输出信号,限制储能元件的能量范围,并经过计算分析,使电路满足本质安全电路要求。通过研究倒车影像系统的tft-lcd屏的像素结构及驱动理论,制定了显示驱动方案。设计了倒车影像系统硬件与软件系统,包括视频信号输入电路、mst703的各级供电电路、spi通信电路、软件程序,实现了基于单片式视频驱动芯片mst703的本安倒车影像系统设计。最后,建立了矿用车辆倒车预警系统的试验装置,采用本安电源供电,通过试验分析了各部分的本安特性及倒车预警性能。试验结果表明:所设计的本安输出直流稳压电源的额定输出电压为12v,过压保护动作阈值为12.7v、过流动作保护值为453ma,具有良好的双重过压、过流保护特性。本安超声波测距报警系统具有良好的线性度和可重复性。实现了分辨率为800*480的tft-lcd的低时延、高稳定显示。超声波与图像融合的矿用车辆倒车预警系统的研制为煤矿井下车辆预警提供了一种可行的方案,可以实时观察倒车区域的影像并能准确知道障碍物的距离,对于保护煤矿井下车辆和人员安全具有重要意义。
【关键词】：本质安全 超声波测距 倒车影像 本安电源
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD52
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 本质安全电路的研究现状14-17
• 1.2.2 车辆倒车预警系统研究现状17-19
• 1.3 课题主要研究内容及工作安排19-21
• 第二章 本质安全电路21-37
• 2.1 本质安全电路的基本理论21-25
• 2.1.1 本质安全电路的定义及设计原则21-22
• 2.1.2 电路的基本放电形式22-23
• 2.1.3 不同性质电路的电气放电过程分析23-25
• 2.2 本安输出直流稳压电源设计25-32
• 2.2.1 本安输出电源的基本结构及性能要求25-26
• 2.2.2 电源总体设计方案26-27
• 2.2.3 稳压芯片选及直流稳压电路设计27-28
• 2.2.4 比较器选型及双重过压、过流保护电路设计28-32
• 2.3 电源本安性能测试及分析32-34
• 2.3.1 电源性能测试平台32-33
• 2.3.2 电源的基本参数33
• 2.3.3 负载效应及过流保护测试33-34
• 2.3.4 源效应及电源效率测试34
• 2.4 本章小结34-37
• 第三章 本安超声波测距报警系统37-57
• 3.1 超声波测距的基本理论37-43
• 3.1.1 超声波换能器及其阻抗匹配37-41
• 3.1.2 超声波测距原理41-42
• 3.1.3 本安超声波测距系统42-43
• 3.2 系统设计方案43-46
• 3.2.1 MSP430单片机系统43-45
• 3.2.2 本安超声波测距系统总体设计方案45-46
• 3.3 超声波测距报警系统硬件设计46-54
• 3.3.1 超声波测距主控芯片及外围电路46-47
• 3.3.2 超声波换能器本安驱动电路47-52
• 3.3.3 声光报警及显示电路52-53
• 3.3.4 供电电路53-54
• 3.4 超声波测距报警系统软件设计54-56
• 3.4.1 系统程序总体工作流程54-55
• 3.4.2 测距结果显示子程序55-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 本安倒车影像系统57-73
• 4.1 倒车影像系统的基本理论57-60
• 4.1.1 TFT-LCD屏的像素结构57-58
• 4.1.2 TFT-LCD屏的驱动原理58-60
• 4.2 本安倒车影像系统设计方案60-63
• 4.2.1 视频处理芯片选择60-62
• 4.2.2 倒车影像系统总体方案62-63
• 4.3 系统主要硬件设计63-67
• 4.3.1 视频信号输入电路设计63-64
• 4.3.2 MST703供电电路设计64-65
• 4.3.3 SPI通信接口设计65
• 4.3.4 TFT-LCD背光电压电路设计65-66
• 4.3.5 TFT-LCD显示电压电路设计66-67
• 4.4 系统软件设计67-71
• 4.4.1 软件开发环境和程序下载工具67-69
• 4.4.2 电源时序设计69-70
• 4.4.3 视频信号时序设计70-71
• 4.5 本章小结71-73
• 第五章 系统实现及结果分析73-83
• 5.1 本安电源的短路实验73
• 5.2 超声波换能器驱动电路的性能分析73-77
• 5.2.1 中周驱动电路的非本安特性分析73-75
• 5.2.2 光耦与阻抗匹配组合电路的本安特性分析75-77
• 5.3 超声波测距系统测距性能实验和结果分析77-80
• 5.3.1 测距平台搭建77-78
• 5.3.2 分辨率和盲区78
• 5.3.3 线性度78-79
• 5.3.4 可重复性79-80
• 5.4 视频显示实验80-81
• 5.5 本章小结81-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 总结83-84
• 6.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读学位期间发表的学术论文目录91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵海鸣;卜英勇;王纪婵;周知进;;一种高精度超声波测距方法的研究[J];湖南科技大学学报(自然科学版);2006年03期

2 史斌斌;王宜怀;;教育机器人超声波测距系统的设计与实现[J];苏州大学学报(工科版);2006年06期

3 王巧花;邬昌军;;超声波测距系统的设计与研究[J];粮食流通技术;2009年05期

4 李同岭;李清君;;超声波测距[J];煤炭技术;2012年07期

5 徐承迅;;超声波测距传感器在上卷对中系统中的应用[J];有色金属加工;2004年05期

6 杨辉媛;涂成军;谭伟杰;;超声波测距系统的设计[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2009年03期

7 何永强,卜英勇;基于单片机8031超声波测距系统[J];凿岩机械气动工具;2005年02期

8 罗小燕;谭厚初;;超声波测距系统中抗干扰措施的研究[J];江西理工大学学报;2006年06期

9 罗永为;吕力行;黄俊杰;;远距离超声波测距技术在矿用机车上的应用[J];现代电子技术;2014年02期

10 李茂山;超声波测距原理及实践技术[J];实用测试技术;1994年01期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 李丹;王景中;;应用于机器人的超声波测距系统[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集（上册）[C];2007年

2 德爱玲;朱勇;宝大力;;基于单片机的超声波测距系统[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集（下册）[C];2008年

3 杨东勇;蒋静坪;;基于超声波测距的机器人局部导航[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年

4 王萍;万柏坤;;超声波精密定位的一种方法[A];第十七届全国测控计量仪器仪表学术年会（MCMI'2007）论文集（上册）[C];2007年

5 刘志勇;;超声波技术在药剂自动添加设备中的应用[A];2013年全国选煤技术交流会论文集[C];2013年

6 黄林;杨成忠;张君;李佳骏;;地磅系统车检器的设计与实现[A];浙江省信号处理学会2012学术年会论文集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 成都 贺炜;一款超声波测距电路的设计与制作[N];电子报;2013年

2 河南 宋战校 摘;超声波测距报警控制芯片4Y2[N];电子报;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 潘仲明;大量程超声波测距系统研究[D];国防科学技术大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陶凤;基于超声波测距的汽车防撞系统的研究[D];上海师范大学;2015年

2 汤传国;基于超声波测距的倒车雷达系统研究[D];长安大学;2015年

3 冷强;高精度超声波测距方法与装置的研究[D];华北电力大学;2015年

4 黄毓芯;一款多功能智能手杖的设计与研究[D];华侨大学;2015年

5 周聪敏;基于STM32的功率自适应FSK高精度超声波测距系统的设计[D];浙江工商大学;2015年

6 杜利波;差补式外置超声波液位精密测量系统的研究与实现[D];河北科技大学;2015年

7 孔维正;本质安全超声波测距系统设计[D];太原理工大学;2016年

8 张旭;超声波与图像融合的矿用车辆倒车预警系统[D];太原理工大学;2016年

9 马壮;摊铺机超声波测距系统的研究[D];太原科技大学;2009年

10 邹轶;近距离高精度超声波测距系统的设计[D];大连理工大学;2009年

，

本文编号：751792