基于激光测距的隧道断面监测系统

发布时间：2017-06-24 22:01

  本文关键词：基于激光测距的隧道断面监测系统，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：交通运输系统是关系到国民经济发展的重要因素,同时对于国家政治领域、文化领域、国防建设与发展都有着较大的影响。随着经济的发展,我国公路、铁路、地铁等交通系统迅猛发展,在建项目日益增加。在交通系统搭建的过程当中,隧道起了非常重要的作用。在隧道施工和隧道运营过程中,隧道安全成为了交通系统工程不可避免的问题。而在建隧道是工程事故高发项目之一,需要时刻检测其是否有拱顶下沉,洞壁变形,围岩失稳等问题。针对这些问题,只有提前发现,并且及时预警,才会避免隧道事故的发生。在传统隧道监测与维护中,通常需要人工操作,虽然检测精度不受影响,但这使得检测效率低下,在消耗大量的人力物力的同时,存在着隧道监测非实时、隧道安全预警不及时等缺点。针对传统隧道监测方式的不足,本文提出了基于激光测距的隧道断面监测系统。该系统能够实现对隧道断面及隧道中的瓦斯浓度24小时全天候实时监测,能够对隧道中断面异常以及瓦斯浓度异常进行快速反应与预警。并且快速、精准定位问题发生地点,并通知监控中心采取相应措施。相对于传统隧道监测系统,该系统具有高效、准确、低成本、高自动化等优点,对隧道安全事故及时预警,具有十分重要的意义。本文首先对隧道断面监测系统的总体需求进行了分析,并结合激光测距原理以及隧道中瓦斯气体对隧道安全的影响，设计出了隧道监测方案。其次,通过硬件、软件的实现,完成了系统的功能需求。其中,硬件方面包括电子元器件选择、电路原理图设计、PCB设计、焊接以及电路调试。软件方面采用C/C++完成了各个模块的驱动程序,将采集到的隧道断面数据、瓦斯数据传输到监控主机上的上位机。最后,在实验室环境下搭建了系统模拟测试平台,对系统功能进行了测试,验证了该系统的可行性和有效性,满足隧道断面监测需求。
【关键词】：激光测距 隧道断面 实时监测 及时预警
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 论文研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本论文的研究目标与内容14
• 1.4 论文组织结构14-16
• 第2章 系统总体设计16-26
• 2.1 设计思想16-18
• 2.1.1 需求分析16-17
• 2.1.2 设计原则分析17-18
• 2.1.3 系统模块分析18
• 2.2 系统总体结构18-20
• 2.3 激光测距原理及隧道断面测量方法20-25
• 2.3.1 激光测距原理20-22
• 2.3.2 隧道断面测量方案选择22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 系统硬件电路设计26-43
• 3.1 单片机控制电路26-29
• 3.2 电源电路设计29-31
• 3.3 瓦斯监测电路设计31-34
• 3.4 实时时钟电路模块34-35
• 3.5 通信接口模块设计35-39
• 3.5.1 各个子模块之间通信35-37
• 3.5.2 各子模块与现场监控主机通信37
• 3.5.3 现场监控主机与远程监控中心通信37-39
• 3.6 电机及电机驱动模块39-41
• 3.6.1 电机的选择39-40
• 3.6.2 电机驱动模块40-41
• 3.7 现场预警与系统指示灯电路41-42
• 3.8 本章小结42-43
• 第4章 系统软件设计43-64
• 4.1 上位机程序设计43-45
• 4.2 监控子模块程序设计45-56
• 4.2.0 子模块工作流程设计45-46
• 4.2.1 云台控制程序46-48
• 4.2.2 激光测距程序48-51
• 4.2.3 瓦斯浓度采集程序51-53
• 4.2.4 断面数据处理程序设计53-54
• 4.2.5 通信程序设计54-56
• 4.3 GSM模块程序设计56-63
• 4.3.1 模块主程序设计56-58
• 4.3.2 串口数据协议帧及数据接收程序设计58-59
• 4.3.3 短信缓存程序设计59-61
• 4.3.4 短信帧组建程序设计61-62
• 4.3.5 短信发送函数实现62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 系统测试与误差分析64-72
• 5.1 系统测试平台的设计与搭建64-66
• 5.2 系统测量分析66-71
• 5.2.1 系统测量结果分析66-71
• 5.2.2 系统测量误差分析71
• 5.3 本章小结71-72
• 结论72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 附录1：监控子模块顶层PCB图78
• 附录2：监控子模块底层PCB图78-79
• 附录3：功能调试电路板顶层PCB图79
• 附录4：功能调试电路板底层PCB图79-80
• 附录5：GSM控制模块PCB图80-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81

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