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重粉尘环境移动车体定位系统的设计

作　者: 李昕欣
导　师: 孟华
学　校: 大连理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 车体定位系统磁传感器射频模块硬件设计软件设计
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

现代工业控制过程中,普遍采用了自动化技术和智能控制。但是有些特殊领域尚未完全实现比较完善的自动化过程,如炼焦厂重粉尘环境下机车给多个炉口的定位送煤和出料。采用磁传感检测技术能够克服了重粉尘的影响,设计并实现的移动车体定位系统具有很好的应用价值。本文基于霍尔效应原理,利用磁传感器对磁信号进行检测和单片机技术设计了移动车体定位系统。本文利用半导体材料的霍尔元件将位移和磁场强度等转换成电压或电流信号,并应用射频识别系统,根据装置的位移判断出机车所在位置并适时给出控制信号。系统由磁场信号产生及磁传感器检测模块、信号调理与模数转换模块、系统的硬件平台(微处理器模块)、射频识别(RFID)模块和微处理器输出控制模块等五部分组成。首先应用磁场信号产生及磁传感器检测模块完成对磁感应强度的仿真、磁传感器检测磁场的模型设计；信号调理与模数转换模块负责对磁传感器输出信号进行滤波、放大和模数转换处理,减小噪声信号对整个系统的影响；系统的硬件平台基于51系列单片机的实验开发板,可对AD转换器的输出结果进行处理并适时给出控制信号,利用开发板的一些外围器件完成调试功能；射频识别模块负责识别和判断功能；微处理器输出控制模块主要把微处理器模块输出的数据转换成工业应用中标准的电流信号,以便于实现自动控制。在软件设计上,采用美国Keil Software公司的兼容单片机C语言的软件开发系统Keil,通过对微处理器的C语言编程实现采样数据的处理、与RFID模块进行通信和控制输出。系统经过实验和测试,结果表明,系统达到了设计目的,定位误差小于5厘米,抗重度粉尘,自动巡检和卸货记录功能可靠。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-15
  1.1 常见的位移传感器  10-12
    1.1.1 电感式传感器  11
    1.1.2 电涡流式传感器  11
    1.1.3 电容式传感器  11
    1.1.4 光电式传感器  11-12
    1.1.5 磁电传感器  12
  1.2 位移传感器的应用和发展  12
  1.3 单片机的基本概念、应用及发展  12-13
    1.3.1 单片机的基本概念  12-13
    1.3.2 单片机的应用和发展  13
  1.4 论文的结构和内容安排  13-15
2 采用的测量和识别技术  15-21
  2.1 传感器的作用与应用  15-16
  2.2 磁传感器的作用与分类  16
    2.2.1 磁传感器的定义  16
    2.2.2 磁传感器的分类  16
  2.3 磁灵敏电输出转换器  16-21
    2.3.1 磁敏电输出效应  16-20
    2.3.2 磁灵敏电输出转换器  20-21
3 永磁体远区场磁场的作用分析  21-25
  3.1 永磁材料的选择  21
  3.2 建立永磁体磁场的分析模型  21-22
  3.3 永磁体磁场对磁敏传感器的作用分析  22-25
4 射频识别(RFID)系统  25-28
  4.1 射频识别技术简介  25
  4.2 RFID系统的构成  25-26
    4.2.1 RFID标签  25-26
    4.2.2 读写器模块  26
    4.2.3 天线  26
  4.3 RFID系统的基本原理  26-28
    4.3.1 被动式RFID标签与主动式RFID标签  27
    4.3.2 半主动式RFID标签或半被动式RFID标签  27-28
5 定位和识别方法研究  28-31
  5.1 进料口定位原理设计  28-29
  5.2 炉位识别原理设计  29-30
  5.3 送料车速度控制方法  30-31
6 系统设计  31-53
  6.1 系统方案设计  31-32
  6.2 磁信号产生与磁传感器模块设计  32-36
  6.3 信号调理与模数(AD)转换模块设计  36-43
    6.3.1 信号滤波设计  37-39
    6.3.2 信号放大设计  39-42
    6.3.3 信号的模数转换设计  42-43
  6.4 系统的硬件平台  43-44
  6.5 射频设别(RFID)模块与微处理器串行通信  44-46
    6.5.1 异步串行传输方式  44
    6.5.2 串行通信接口电路  44-45
    6.5.3 主机与RF模块传输数据  45-46
  6.6 微处理器输出控制模块设计  46-51
    6.6.1 数模转换  46-48
    6.6.2 电压/电流(V/I)转换器  48-51
    6.6.3 输出控制模块  51
  6.7 系统的软件平台  51-53
    6.7.1 Keil简介  51-52
    6.7.2 系统的软件设计  52-53
7 实验调试  53-55
  7.1 实验装置搭建  53
  7.2 实验数据  53-54
  7.3 实验结果分析  54-55
结论  55-56
参考文献  56-58
附录A 单片机与RF模块的异步串行通信数据  58-60
致谢  60-61

重粉尘环境移动车体定位系统的设计

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