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煤矿安全监控系统的设计

作　者: 汝洪芳
导　师: 付家才
学　校: 黑龙江科技学院
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 安全监控 CAN总线神经网络智能分站
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 404次
引　用: 2次
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内容摘要

矿井安全问题成为影响煤炭生产,保持煤矿产业持续健康发展的重大问题,这就对煤矿安全的科研工作提出了更高的要求,需要进一步研究矿井自然灾害的预防及控制技术。本文对煤矿安全监控系统的技术现状和发展前景进行了详细的研究和分析后,综合考虑煤矿井下环境的特殊性,井下通信采用了安全可靠的CAN总线多主结构的传输方式,井上通信采用GPRS无线传输方式的可行性网络设计方案。针对现有瓦斯涌出量预测对工作面地质条件变化缺乏应变性,将神经网络引入到煤矿安全监控系统中。采用BP神经网络的瓦斯涌出量预测综合考虑了其他方面的因素,为瓦斯涌出异常预测提供了新思路。同时利用MATLAB进行仿真验证。本文的硬件设计主要围绕智能分站进行,介绍了控制器的主控模块、CAN通信模块、电源和复位、LCD显示、报警和存储等模块。通过对现有煤矿监控系统智能分站的研究,设计了ARM微处理器LPC2119和51微处理器P87C591构成的双内核智能分站,通过微控制器内嵌的CAN控制器模块实现CAN通信。在硬件设计的基础上,进行了基于μC/OS-Ⅱ操作系统的软件设计。在系统任务部分,根据分站各个模块的实际作用,分配了任务的优先级,并介绍了分站各个任务的设计流程。最后,同时对CAN总线仲裁场的29位标识符进行了讨论,制定出适合于煤矿监控系统的应用层协议。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 研究背景及研究意义  10-11
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 本课题研究的意义  11
  1.2 国内外煤矿安全监控系统研究概况  11-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
第2章系统总体设计方案  14-21
  2.1 系统工作原理  14
  2.2 系统信息处理  14-15
  2.3 系统的通信  15-17
    2.3.1 井下通信  15-17
    2.3.2 井上通信  17
  2.4 系统网络拓扑结构  17-18
  2.5 主要技术要求  18-19
  2.6 主要技术参数  19-20
  2.7 本章小结  20-21
第3章瓦斯涌出量预测技术  21-34
  3.1 瓦斯涌出量预测技术研究现状  21-22
  3.2 BP 神经网络  22-24
    3.2.1 BP 神经网络简介  22-23
    3.2.2 BP 算法的导出  23-24
  3.3 BP 神经网络的改进  24-25
    3.3.1 动量法  24-25
    3.3.2 自适应学习速率法  25
  3.4 瓦斯涌出量BP 神经网络的设计  25-28
  3.5 瓦斯涌出量神经网络预测模型的建立  28-29
  3.6 MATLAB 中BP 训练  29-30
  3.7 预测模型的实现和仿真  30-33
  3.8 本章小结  33-34
第4章智能分站硬件设计  34-46
  4.1 硬件总体设计  34
  4.2 微控制器及外扩RAM  34-37
    4.2.1 微控制器  34-35
    4.2.2 数据共享RAM  35-37
  4.3 电源及复位电路  37-38
    4.3.1 电源  37-38
    4.3.2 复位电路  38
  4.4 后备电源设计  38-39
  4.5 外围电路  39-41
    4.5.1 显示电路  39-40
    4.5.2 报警电路  40
    4.5.3 断电存储模块  40-41
    4.5.4 红外按键模块  41
  4.6 CAN 通信模块  41-42
  4.7 传感器及数据采集模块  42-43
    4.7.1 传感器的选型  42-43
    4.7.2 数据采集模块  43
  4.8 硬件的抗干扰能力设计  43-44
  4.9 本章小结  44-46
第5章软件设计与实现  46-66
  5.1 系统软件的整体构成  46
  5.2 μC/OS-Ⅱ操作系统简介  46-48
  5.3 μC/OS-Ⅱ在LPC2119 上的移植  48-52
    5.3.1 移植条件  48
    5.3.2 μC/OS-Ⅱ的文件体系结构  48-49
    5.3.3 μC/OS-Ⅱ的移植  49-52
  5.4 智能分站各任务的软件设计  52-56
    5.4.1 智能分站任务优先级分配  52-53
    5.4.2 初始化任务  53
    5.4.3 下行CAN 通信任务  53
    5.4.4 上行CAN 通信任务设计  53-54
    5.4.5 现场应急任务设计  54-55
    5.4.6 存储任务设计  55
    5.4.7 瓦斯预测任务  55-56
  5.5 CAN 总线通信  56-59
    5.5.1 CAN 控制器初始化  56-57
    5.5.2 CAN 通信的数据发送  57-58
    5.5.3 CAN 通信的数据接收  58-59
  5.6 CAN 应用层通信协议设计  59-64
    5.6.1 CAN 的通信规则  59
    5.6.2 CAN 数据的帧结构  59-60
    5.6.3 CAN 总线应用层通信协议制定  60-64
      5.6.3.1 确定通信的传输模式  61
      5.6.3.2 确定标识符的分配方案  61-64
  5.7 软件抗干扰措施  64-65
  5.8 本章小结  65-66
结论  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
作者简介  73

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