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基于嵌入式技术的带式运输机监控系统

作　者: 杨帆
导　师: 金林
学　校: 安徽理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 带式运输机嵌入式系统电动机保护 CAN总线以太网
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

带式运输机是煤矿井下煤炭运输的重要工具。由于其具有距离长、故障点多且分散、危险性较高等特点,使监控成本和难度大大增加。本文深入分析了基于嵌入式技术的带式运输机监控系统实施的可能性及要求,使用功能强大的ARM芯片LPC2290作为研究对象,设计出一整套可供煤矿使用的监控系统。井下系统能够工作在单机调试或联机运行两种工作状态,可以通过采集的现场传感器的信号结合电机保护完成对带式运输机的控制。同时现场状况和故障情况均可由现场显示装置实时显示,便于技术人员检修。在软件方面,使用嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ对任务分类和管理,有效地避免了运行速度慢、响应不及时甚至死机等问题。同时,设计两层网络:井下传输利用可靠性较高的CAN总线作为主要通讯方式,方便挂接多个节点;并通过以太网TCP/IP协议与井上监控室中PC机相连,通过数据交换,在上位机就可以实时监控。另外,就增强可靠性方面提供了许多处理方法,使得产品的性能进一步提升。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-15
插图或附表清单  15-18
引言  18-20
1 绪论  20-26
  1.1 课题研究背景  20-23
    1.1.1 带式运输机监控系统的发展现状  20
    1.1.2 项目可行性分析与发展前景  20-22
    1.1.3 规范通讯协议  22-23
  1.2 嵌入式系统及现场总线概述  23-25
    1.2.1 嵌入式系统的概念、特点和应用领域  23-24
    1.2.2 嵌入式控制器ARM简介  24
    1.2.3 CAN总线的应用与发展  24-25
  1.3 系统规划及文章编排思路  25-26
2 带式运输机监控系统设计要求与总体规划  26-32
  2.1 系统实现功能  26-27
  2.2 配合CST完成对带式运输机启动和运行的控制  27-30
    2.2.1 带式运输机的启动与运行要求  27-28
    2.2.1 CST可控启动传输装置  28-30
  2.3 设计方案  30-32
3 电动机保护原理与算法  32-54
  3.1 异步电动机保护原理  32-40
    3.1.1 过电流保护  32-33
    3.1.2 电压保护  33-35
    3.1.3 漏电保护  35-38
    3.1.4 接地保护(保护接地)  38-40
  3.2 对称向量法  40-43
  3.3 信号采样及其算法  43-49
    3.3.1 采样方式比较  43-44
    3.3.2 交流采样原理  44-45
    3.3.3 电流有效值算法  45-47
    3.3.4 正序、负序电流分量的算法  47-49
  3.4 过载时间常数算法  49-54
4 两层通讯网络的设计  54-66
  4.1 CAN总线协议分析与设计  54-62
    4.1.1 CAN总线的优势  54
    4.1.2 CAN总线通讯协议分层  54-55
    4.1.3 应用层协议iCAN的特点  55
    4.1.4 根据iCAN协议设计CAN总线通讯内容  55-62
  4.2 TCP/IP协议栈分析与设计  62-64
    4.2.1 TCP/IP协议的分层  62
    4.2.2 IP协议服务  62-63
    4.2.3 TCP协议服务  63-64
  4.3 小结  64-66
5 硬件电路的设计  66-80
  5.1 LPC2290芯片资源  66
  5.2 模拟信号采集与变换电路  66-68
    5.2.1 电流信号变换电路  66-67
    5.2.2 电压信号变换电路  67-68
    5.2.3 漏电信号变换电路  68
    5.2.4 信号采集电路  68
  5.3 板载电路设计  68-78
    5.3.1 电源电路、复位电路与时钟晶振  68-70
    5.3.2 存储器扩展  70-71
    5.3.3 实时时钟电路  71
    5.3.4 数字量输入、输出电路  71-73
    5.3.5 ADC电路  73
    5.3.6 串行接口电路  73-74
    5.3.7 CAN总线电路  74
    5.3.8 以太网电路  74-75
    5.3.9 LCD液晶屏  75-76
    5.3.10 JTAG调试电路  76-77
    5.3.11 电路板成品  77-78
  5.4 硬件抗干扰措施  78-80
6 操作系统μC/OS-Ⅱ的移植与软件设计  80-98
  6.1 操作系统μC/OS-Ⅱ在LPC2290上的移植与裁剪  80-81
    6.1.1 μC/OS-Ⅱ简介  80
    6.1.2 μC/OS-Ⅱ在LPC2290上的移植  80-81
    6.1.3 嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的裁剪  81
  6.2 LPC2290在操作系统μC/OS-Ⅱ下的任务设计  81-95
    6.2.1 主程序和起始任务  82
    6.2.2 中断服务程序  82-83
    6.2.3 通道切换任务  83
    6.2.4 数据采集任务  83
    6.2.5 数据处理任务  83-84
    6.2.6 保护任务  84-85
    6.2.7 键盘任务  85-86
    6.2.8 实时时钟任务和用户界面任务  86-87
    6.2.9 CAN通讯任务  87-91
    6.2.10 TCP/IP通讯任务  91-93
    6.2.11 串口通讯任务  93-94
    6.2.12 Flash存储器的操作检测  94-95
    6.2.13 看门狗软件复位  95
  6.3 软件抗干扰措施  95-98
7 产品定型与安装调试  98-106
  7.1 产品外观及面板功能简介  98
  7.2 设备安装  98-102
    7.2.1 嵌入式控制系统装置安装图  98-99
    7.2.2 驱动装置安装  99
    7.2.3 各类传感器的选择与安装  99-101
    7.2.4 构成带式运输机监控系统的其他装置  101-102
  7.3 调试  102-106
结论  106-108
参考文献  108-110
致谢  110-112
作者简介及读研期间主要科研成果  112

基于嵌入式技术的带式运输机监控系统

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