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数据采集站在采煤机监控通信系统中的研究

2020-11-30阅读(1000)

数据采集站在采煤机监控通信系统中的研究

论文摘要

目前我国的煤矿安全生产形势十分严峻,煤矿坍塌及爆炸不但威胁着矿工的生命,而且造成了国家财产的损失,因此煤矿井下安全监测、监控通信系统在煤矿企业得到了广泛的应用,并发挥着重要的作用。数据采集站（Cbox）是采煤机监控通信系统中井上和井下数据传输的纽带,负责井上监控中心与采煤机监控模块之间的数据采集与通信。数据采集站能否有效工作决定了井下采煤机安全监控能否顺利进行,在采煤机监控通信系统中发挥着重要的作用。本论文从数据采集站研究的意义和背景入手,讨论了数据采集站在井下采煤机安全监控通信系统中的重要作用,并根据以往设计的不足提出了新的设计思路:（1）提出了对整个采煤机监控通信系统采用以太网为主要组网方式,局部采用无线局域网（WLAN）和RS232串口进行通信;（2）提出了数据采集站的硬件内核选用ARM7的高性能LPC2214为主控芯片,通过RJ-45接口控制无线局域网的WLAN模块实现TCP/IP通信,通过内嵌的串口RS232实现数据采集站与采煤机监控模块之间的RS232串口通信;（3）提出了基于嵌入式操作系统μCOS-Ⅱ的数据采集站软件设计方案,包括驱动程序和系统任务两部分内容。驱动程序包括对数据采集站组成模块的实现过程,主要对μCOS-Ⅱ和TCP/IP协议栈的移植,对TCP/IP协议和MODBUS RTU协议的实现进行详细研究;在系统任务部分,根据数据采集站各模块的实际应用,分配了任务的优先级,设计了数据采集站各任务流程;（4）根据国家对矿用产品的特殊要求,对整个设备外壳采用了防爆壳体,在软硬件的设计上采取了一定的抗干扰措施,提高了数据采集站的安全性和电磁兼容性。本文将μCOS-Ⅱ操作系统引入设计,从而使整个设备的设计具有可靠性高和扩展能力强的特点。通过将WLAN首次应用在井下,为煤矿井下通信发展开启了新的篇章。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 课题的背景及意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 国内安全监控通信系统发展趋势
  • 1.2.2 国外安全监控通信系统发展趋势
  • 1.3 采煤机监控通信系统的整体结构
  • 1.4 本文主要工作和章节安排
  • 2 方案的提出
  • 2.1 数据采集站方案的设计
  • 2.1.1 TCP/IP 通信协议的应用
  • 2.1.2 MODBUS RTU 通信协议的应用
  • 2.1.3 引入嵌入式实时操作系统μC/OS- II 的意义
  • 2.1.4 主控芯片的选择
  • 2.2 数据采集站的组成与功能
  • 2.2.1 数据采集站Cbox 的组成
  • 2.2.2 数据采集站Cbox 的主要功能
  • 2.3 本章小结
  • 3 数据采集站通信协议的分析
  • 3.1 RS232 串口通信协议
  • 3.1.1 起止异步帧格式
  • 3.1.2 数据采集站RS232 数据帧格式
  • 3.2 TCP/IP 协议
  • 3.2.1 TCP/IP 协议结构
  • 3.2.2 TCP/IP 每层协议工作机制
  • 3.3 本章小结
  • 4 数据采集站硬件系统设计与实现
  • 4.1 数据采集站硬件系统组成
  • 4.2 最小微处理器系统
  • 4.2.1 主控芯片
  • 4.2.2 电源与复位电路模块
  • 2PROM'>4.3 外扩RAM、E2PROM
  • 4.4 RS232 通信模块
  • 4.5 WLAN 通信模块
  • 4.6 片内外设模块
  • 4.7 数据采集站防爆/本质安全能力的设计
  • 4.7.1 Cbox 数据采集站防爆设计
  • 4.7.2 Cbox 数据采集站本质安全的设计
  • 4.8 本章小结
  • 5 数据采集站软件系统设计与实现
  • 5.1 数据采集站软件系统的总体规划
  • 5.2 μCOS-II 在LPC2214 上的移植
  • 5.2.1 μCOS-II 介绍
  • 5.2.2 μCOS-II 的移植
  • 5.3 TCP/IP 协议栈在μCOS-II 下的实现
  • 5.3.1 RTL8019AS 的驱动设计
  • 5.3.2 TCP/IP 协议栈
  • 5.3.3 TCP/IP 协议的实现
  • 5.4 数据采集站与监控模块间通信协议的实现
  • 5.4.1 MODBUS RTU 协议
  • 5.4.2 MODBUS RTU 协议的实现
  • 5.5 数据采集站各个任务软件的设计
  • 5.5.1 数据采集站任务优先分配
  • 5.5.2 初始化任务
  • 5.5.3 RS232 通信任务设计
  • 5.5.4 TCP/IP 通信任务设计
  • 5.5.5 现场应急任务设计
  • 5.5.6 参数修改与存储任务设计
  • 5.6 本章小结
  • 6 数据采集站的测试与实现
  • 6.1 数据采集站性能测试
  • 6.1.1 数据采集站输出功率的测试
  • 6.1.2 数据采集站输出最大功率频谱密度测试
  • 6.1.3 数据采集站杂散辐射功率测试
  • 6.2 数据采集站的实现
  • 6.3 本章小结
  • 7 结论
  • 7.1 全文工作总结
  • 7.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录

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