煤矿岔道报警系统的设计与仿真Word文件下载.docx

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指导教师：

职称：

2016年6月徐州

中国矿业大学徐海学院毕业论文任务书

专业年级学号学生姓名__________

任务下达日期：

2015年12月5日

毕业论文日期：

2016年3月7日至2016年6月9日

毕业论文题目：

毕业论文专题题目：

毕业论文主要内容和要求：

第一章首先介绍了课题的应用背景然后总结了运用在车辆上的测距方法研究现状,并对各自应用情况和常用背景建模方法做了综述。

第二章首先分析了系统总体功能需求,比较了多种设计方案然后根据要求,确定系统设计方案,并进行总体设计最后介绍了系统的主要功能芯片。

第三章首先阐明了基于的系统硬件架构然后具体说明液晶显示模块等。

第四章首先说明了单片机系统的软件开发环境和调试工具然后详细阐述了单片机控制程序等。

第五章首先介绍调试的一般流程，分别从软硬件角度对煤矿岔道报警系统进行调试，得到结论。

第六章首先说明了系统开发与调试中遇到的主要问题,并给出解决方法然后对本人所完成的工作和本文创新点做了总结,并提出今后进一步研究的方向。

指导教师签字：

郑重声明

本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。

所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本论文属于原创。

本毕业论文的知识产权归属于培养单位。

本人签名：

日期：

中国矿业大学徐海学院毕业论文指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；

②独立解决实际问题的能力；

③研究内容的理论依据和技术方法；

④取得的主要成果及创新点；

⑤工作态度及工作量；

⑥总体评价及建议成绩；

⑦存在问题；

⑧是否同意答辩等）：

成绩：

指导教师签字：

年月日

中国矿业大学徐海学院毕业论文评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；

②基础理论及基本技能的掌握；

③综合运用所学知识解决实际问题的能力；

④工作量的大小；

⑤取得的主要成果及创新点；

⑥写作的规范程度；

⑦总体评价及建议成绩；

⑧存在问题；

⑨是否同意答辩等）：

评阅教师签字：

中国矿业大学徐海学院毕业论文答辩及综合成绩

答辩情况

提出问题

回答问题

正确

基本

正确

有一般性错误

有原则性错误

没有

回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：

学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：

1绪论

1.1设计背景

由于煤矿井下运输巷道沿途灯光昏暗，工况恶劣，为了安全，电机车行驶至弯道、岔道时必须减速慢行，但是，由于井下条件有限，机车司机很难判定机车是否接近弯道、岔道。

矿井“信、集、闭”系统的主要功能是监控机车的运行区段，以便调度和给出控制信号（如红绿灯），防止机车追尾及对撞事故发生。

系统的功能是以“监”为主，还没有达到以“控制”为主的水平，更主要的是车外的语音灯光报警，由于机车的轰鸣声和巷道灯光昏暗，使司机不易发觉，况且，许多矿还没有“信、集、闭”系统。

因此，研制价格低廉的矿用电机车车载弯道、道岔报警装置是必要的。

机车运输是指用机车牵引数十列矿车在轨道上运行。

它是水平巷道长距离运输的主要方式,在国内矿山已有多年的使用历史。

矿用机车按使用动力不同,分为电机车和内燃机机车,其中电机车已在绝大多数矿山上使用。

由于其具有成本低、运输能力大、维护简单、使用操作方便、可运送井下各种货物煤炭、材料、设备、研石等和人员等优点,多年来一直作为矿井下的主要运输设备,在矿井运输中占有重要的地位。

由于矿井下情况复杂,机车运行频繁,运行距离较长巷道窄,既作为行人巷道,又作为运输巷道等,因此时常出现行人不遵守交通规则或者机车司机疲劳、疏忽、误判断、麻痹等状况。

而机车司机又是电机车安全行驶的关键,因此往往因为出现上述状况而造成人身伤害事故。

目前国内外关于运输安全问题的研究主要集中在绞车作业领域,其中应用较为成熟的是绞车运输安全闭锁系统,其采用信号与开关控制。

此技术虽然有效解决了矿井下绞车作业的安全隐患,但是并不能用来解决矿井下电机车安全运输的问题,因此需要对此问题进行深入研究和分析,从而开发出消除矿井电机车安全隐患的新技术。

鉴于上述普遍存在的电机车安全运输隐患及目前国内外的研究状况,非常有必要去研制一套电机车安全监测报警系统来解决矿井电机车存在的运输安全问题。

此系统首先测量机车到前方和两侧行人的距离,然后将距离信息送入系统,经处理和判断后,迅速将处理结果反馈给电机车司机。

比如在危急情况下,发出报警语音,提醒机车司机迅速减速或刹车,并告知前方与侧方人员迅速避让,以避免交通事故发生,保证安全生产。

矿井下机车轨道特征、机车大小和检测要求等具体是电机车宽1.2米,行车轨道安全宽度1.8米,需检测前方距离为50米,两侧检测距离各为0.3米,电机车的实际运行情况如图1.1所示。

图1.1井下机车运行图

1.2国内外相关技术研究发展

1.2.1车辆测距的研究动态

目前运用在车辆上的测距方法主要有超声波测距毫米波雷达测距红外测距激光测距摄像系统测距等,具体方法介绍如下：

1、超声波测距

超声波测距利用超声探测原理来测量机车与障碍物之间的距离。

超声波指频率在以上的机械波,具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。

超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。

工作时,超声波发射器不断发出连续脉冲,并给测量逻辑电路提供一个短脉冲超声波接收器在接收到遇障碍物反射回来的反射波后,向测量逻辑电路提供一个短脉冲最后由信号处理装置对接收信号进行处理,计算出车与障碍物间的距离,当测量距离小于报警距离时,及时报警并提醒司机刹车,一般应用在汽车倒车防撞系统上。

2、毫米波雷达测距

雷达测距利用目标反射电磁波来发现目标并测定其位置的。

车辆上的雷达装置一般采用以上的毫米波雷达。

毫米波频率高、波长短,一方面可缩小来自天线辐射的电磁波射束角幅度,从而减少不需要的反射所引起的误动作和干扰另一方面由于多普勒频移大,相对速度测量精度高。

在车辆上应用毫米波雷达测距,有以下特点探测性能稳定,不易受对象表面形状和颜色的影响,也不受大气流影响环境适应性能好,雨、雪和雾等对之干扰小需要防止电磁波干扰,雷达彼此之间的电磁波和其他通信设施的电磁波对其测距性能都有影响。

3、红外测距

热释电红外传感器是利用热释电效应制作的一种传感器,能将检测到的人或动物发射的红外线转换为电信号输出。

早在年,有人提出过利用热释电效应探测红外辐射,但未受重视,直到六十年代,随着激光和红外技术的迅速发展,才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。

热释电晶体目前正被广泛应用到各种自动化控制装置中,除了熟知的楼道自动开关、防盗报警等,还有红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器等。

实验证明,传感器不加光学透镜也称菲涅尔透镜,其检测距离小于而加上光学透镜后,其检测距离大于。

4、激光测距

激光测距装置是一种光子雷达系统,它具有测量时间短、量程大、精度高等优点,在许多领域得到广泛应用。

目前在车辆上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。

非成像式激光雷达的工作原理从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后,用扫描镜左右扫描,向空间发射,照射在前方车辆或其他目标上,其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤,被导入到信号处理装置内光电二极管,利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差,即可求得目标距离而利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度,即可测出目标的方位。

在车辆测距系统中,非成像激光雷达同成像式激光雷达相比,具有造价低、速度快、稳定性高等特点,因此非成像式激光雷达更具实用价值。

但由于激光雷达测距仪器工作于高速运动的车体中,振动大,对其稳定性、可靠性提出了较高的要求,其体积也受到了一定的限制。

5、摄像系统测距

CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。

它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确、线扫描输出的光电信号有利于后续信号处理等优良特性,因此在汽车行业得到广泛应用。

单目摄像系统只使用一个摄像机,可获得被测视野的二维图像,但无法确定与被测物体之间的距离,在汽车上常用于倒车后视系统,辅助驾驶员获得后视死角信息,以避免倒车撞物。

为获得目标三维信息,模拟人的双目视觉原理,利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成像来确定视野中每个物体的三维坐标,这一系统称为双目摄像系统。

双目摄像系统模仿人体视觉原理,测量精度高,但目前价格较高,同时由于受软件和硬件的制约,成像速度较慢,随着计算机软硬件性能的提高,最终将得到广泛应用。

1.2.2抗干扰技术的发展

井下环境干扰。

相对来说煤矿井下空间狭小，以至于敷设信号线与动力电缆时距离较近，有些地方甚至把信号线和动力电缆就是挂在同一个电缆挂架上，大型电器设备启动和停止时，磁力开关触头抖动会释放出极其强烈的电磁脉冲辐射，强电磁脉冲能在瞬间完全淹没传感器信号，结果可能就会出现了没有规律的“假数”等现象。

线路问题干扰。

良好的通信线路是保障安全监控系统可靠运行的前提，如果线路接触不良，譬如接线盒压线螺栓松动，传感器接插件氧化、电缆接头氧化、腐蚀等等，就会造成线路通信不稳定，后果可能会使正确的脉冲信号在传输过程中变为一个错误的信号，监控分站是以脉冲计数方式采集信息的，计数结果就会出现许多无法解释的“假数”现象。

变频设备等干扰。

变频设备工作时会产生强烈的电磁干扰，高强度的电磁辐射严重污染了电源环境，干扰信号往往通过电源线路窜入分站，如果监控分站与变频设备连接在同一动力线路上更可能会造成严重后果，如有沿动力线架设的传感器电缆，干扰信号可以轻松耦合进分站的传感器端口，轻则造成假数干扰，严重会阻塞分站通信，甚至造成分站CPU频繁死机或重启。

光纤以太环网的引入可以解决主传输中的干扰，但井下对监控系统的干扰主要来自分站以下的信号采集环节，通常，井下电磁等干扰在数据采集部分就可能会侵入到监控系统，而监控分站应用的单片机在软件方面通常采用:

限制滤波法、平均滤波和递推随机滤波来去除错误干扰。

由于单片机系统工作环境恶劣，干扰可能破坏单片机按正常流程执行这些程序，使监控系统失控。

为避免这种监控系统失控状态而恢复到监控系统正常状态，主要采取的方法有:

指令冗余、利用软件陷阱和软件“看门狗”。

现阶段的传感器向分站传输信号的制式大都采用200～1000Hz频率制式，分站采用脉冲计数方式工作，抗干扰防卫能力很差，极容易在此环节引入干扰，可以考虑采用干扰过滤技术，使分站到传感器全部采用数字化容错传输方式，真正彻底根除此环节产生的干扰。

1采用干扰过滤技术

在保持原有技术的基础上，要想彻底实现干扰为“0”，就要针对传感器到分站的数据输出完全实现全数字化升级，这不是简单的工作，分站和传感器需要重新设计出一整套全新的通信协议，考虑到用户升级不能全部更新，所以还要顾及新老产品的兼容问题，在分站与传感器中加入多重兼容制式，用户可以自行选择设定。

2多个CPU工作模式

监控分