基于STM32的矿用电子皮带秤仪表的设计

论文摘要

随着国家对煤炭产量和安全生产管理力度的加大,矿用电子皮带秤已经成为煤炭产量监测系统中不可或缺的组成部分。现有煤矿用电子皮带秤显示控制仪表一般放置在井上监控室,计量单元放置在矿井巷道内。当需要对皮带秤进行调零、标定时,监控室人员需要通过电话与巷道内工作人员联系后对仪表操作,大幅度增加了调试时间和人员的工作量。针对以上存在的问题,提出了本安型皮带秤仪表的设计方案。将本安防爆技术应用到显示控制仪表中,限制了电路能量,实现仪表在易燃易爆气体环境内安全工作。在性能上,根据煤矿井下安全生产的实际需要,设定了预期达到的技术指标,提出了以Cortex-M3内核的STM32处理器作为硬件平台进行数据采集和处理、液晶显示、红外遥控、RS485远程传输。仪表具有井下调零标定、防误操作、远距离传输数据、通讯查看/参数修改等功能。本文主要分三大部分来介绍整个仪表的设计与实现:第一部分:介绍了煤矿用电子皮带秤系统的结构、工作原理、组成和分类,重点讨论了本安防爆技术在煤矿用电子皮带秤中的应用。从本安防爆产品的安全性能要求出发,介绍了工业防爆基础理论和本安防爆基本原理,全面论述了本安防爆技术的特点,详细介绍了本安电路设计中需要注意的问题,接着对本安仪表的分类、防爆标志的确定和安全参数等分别做了相关说明。第二部分:根据煤矿输送物料产量计量、检定方便和防误操作的要求,设计了仪表硬件电路。包括单片机外围电路的设计、数据采集电路的设计、红外遥控电路的设计、液晶显示电路的设计、远程通讯电路的设计等。并根据仪表的功能要求和硬件设计方案,详细设计并编写了仪表的软件代码,讲述了各功能程序的设计方法和流程,给出了程序流程图和部分源程序。第三部分:介绍了煤矿用电子皮带秤显示控制仪表的测试方法,得出了测验结果,并结合GB/T7724《称重显示控制器》和MT209-90《煤矿通信、监测、控制用电工电子产品通用要求》中的相关指标对结果进行了分析。同时对仪表的不足及误差进行了分析,并提出了解决方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外电子皮带秤的发展
• 1.2.2 煤矿用电子秤国内动态
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 电子皮带秤组成及原理
• 2.1 电子皮带秤的组成与分类
• 2.1.1 电子皮带秤的组成
• 2.1.2 电子皮带秤的分类
• 2.2 电子皮带秤的工作原理
• 2.3 防爆技术在电子皮带秤系统中的应用
• 2.3.1 本安防爆技术理论
• 2.3.2 防爆电子皮带秤的常见配置
• 2.4 电子皮带秤仪表方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 仪表硬件设计
• 3.1 单片机系统设计
• 3.1.1 Cortex-M3 内核
• 3.1.2 STM32F 系列单片机
• 3.1.3 STM32 单片机最小系统
• 3.2 通讯模块设计
• 3.2.1 远程数据通讯类型
• 3.2.2 RS-485 通讯模块设计
• 3.3 红外遥控模块设计
• 3.3.1 红外基本原理介绍
• 3.3.2 红外编解码方式介绍
• 3.4 模拟量采集模块设计
• 3.5 液晶显示模块设计
• 3.6 实时时钟功能设计
• 3.7 频率量采集模块设计
• 3.8 开关量采集模块设计
• 3.9 本安防爆技术设计
• 3.9.1 安全栅电路设计
• 3.9.2 安全系数计算设计
• 3.10 本章小结
• 第四章 仪表软件设计
• 4.1 编译环境介绍
• 4.2 软件总体设计
• 4.3 主程序设计
• 4.4 STM32 配置程序设计
• 4.5 通讯任务程序设计
• 4.6 红外通讯程序设计
• 4.7 模拟量采集程序设计
• 4.8 液晶显示程序设计
• 4.9 实时时钟程序设计
• 4.10 调零功能程序设计
• 4.11 标定功能程序设计
• 4.12 本章小结
• 第五章 仪表性能测试
• 5.1 测试设备
• 5.2 主要技术指标
• 5.3 实验数据及性能分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 今后的工作
• 参考文献
• 附录一
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录