一种低功耗矿用无线液压传感器电路系统设计

发布时间：2017-06-11 21:03

  本文关键词：一种低功耗矿用无线液压传感器电路系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矿山压力是关于矿山安全的一个重要参数,它与瓦斯突出、突水和冒顶等事故有着密切的关系。目前,我国大部分煤矿使用的是有线矿压监测系统,有线监测系统能够提供稳定可靠的通信,但也有许多不足。在恶劣的矿井作业环境中,布局、布线困难,有些区域无法实施布线,造成监测上的盲点;综采工作面掘进过程中,监测设备也要随之移动,大量的电缆给设备的移动带来不便,降低了采掘效率;岩石冒落,极易砸断电缆,造成监测系统无法监测到相关区域。为了解决有线监测系统存在的问题,无线传感网络技术在在矿井安全监测系统中得到了越来越广泛的应用。本课题以无线传感器网络技术为导向,分析了矿井作业对测压设备的功能需求,设计了一种适应矿井环境,满足应用需求,可作为无线传感网络节点的低功耗无线压力计。从低功耗的视角,对节点的硬件电路、软件流程和系统时钟进行了优化设计研究,硬件电路以MSP430为控制核心,围绕MSP430,设计了压力信号采集、时钟、按键、LCD显示、EEPROM、Flash和无线模块电路,各电路模块配置有数字开关,为功能电路的休眠提供控制手段,系统软件采用中断调度方法,有效增加了核心电路的休眠时间,节约了能量消耗。系统运行过程中,CPU的功耗占系统功耗的很大比例,CPU的处理时间和工作时钟频率是决定CPU功耗的两大因素,MSP430具有丰富且灵活的时钟系统,在不影响系统性能的前提下,通过合理的调配系统时钟源,有效降低了CPU的功耗。油压传感器选用扩散硅传感器,测压范围为0-70MPa,在实验室环境下,对扩散硅传感器的输入输出进行了测量,根据测量数据拟合出扩散硅传感器输入输出之间的关系曲线,文中给出了拟合曲线不确定度的形式化表达式。最后,对数字矿压计进行了测压实验,测试结果表明,数字矿压计的测压误差最大不超过0.1MPa,测压功能满足设计要求。
【关键词】：矿压监测 传感器 低功耗 MSP430 中断调度 扩散硅
【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】：TD326;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 矿压监测系统发展现状10-12
• 1.3 主要研究内容12-13
• 1.4 章节安排13-15
• 第二章 系统整体设计15-23
• 2.1 功能需求分析15-16
• 2.2 开发平台的选择16-21
• 2.2.1 处理器的选择16-18
• 2.2.2 无线通信模块的选择18-19
• 2.2.3 液压传感器的选择19-20
• 2.2.4 软件开发环境的选择20-21
• 2.3 矿压计的工作原理与总体结构21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 硬件电路设计23-41
• 3.1 MSP430最小系统及压力信号采集电路设计23-27
• 3.1.1 MSP430最小系统电路23-24
• 3.1.2 压力信号采集电路24-27
• 3.2 时钟及显示模块电路设计27-30
• 3.3 存储模块电路设计30-38
• 3.3.1 AT24C64的简介30-32
• 3.3.2 IIC总线简介32-35
• 3.3.3 MX25L8005的介绍35-36
• 3.3.4 存储模块电路设计36-38
• 3.4 无线接口电路设计38-40
• 3.4.1 SPI通信协议简介38-39
• 3.4.2 NRF24L01接口电路设计39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 系统软件流程设计41-55
• 4.1 MSP430的Flash存储器映射和中断向量表简介41-44
• 4.1.1 Flash存储器简介41-42
• 4.1.2 MSP430中断向量简介42-44
• 4.2 主程序设计44-45
• 4.3 中断调度设计45-49
• 4.4 通信模块程序设计49-51
• 4.5 时钟系统的低功耗管理实现51-53
• 4.6 本章小结53-55
• 第五章 测压实验与分析55-59
• 5.1 油压传感器的工作曲线拟合55-56
• 5.2 预测曲线的不确定度评定56-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 工作总结59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-67
• 攻读学位期间发表的学术论文67-69
• 附录A 部分程序代码69-77
• 附录B 传感器节点PCB图77

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本文编号：442441