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基于nRF24L01的矿用搜救器设计

2020-12-09阅读(867)

基于nRF24L01的矿用搜救器设计

论文摘要

随着煤炭行业的不断发展,煤矿安全生产越来越受到社会各界的重视。煤矿安全监控设备也得到了大力的发展,尤其以煤矿井下人员定位系统的发展最为迅速。煤矿井下人员定位系统,可以精确定位井下工作人员的位置,不仅为井下人员管理提供方便,而且一旦井下发生事故,可以为营救被困人员提供技术支持。本文首先介绍了煤矿井下人员定位系统的组成和工作原理,并给出了国内现有煤矿井下人员定位系统采用的主流技术。随后分析了现有定位系统的不足,提出了矿用搜救器的设计方案。描述了搜救器的工作原理和设计思路,设计了搜救器的硬件电路和软件程序。设计了搜救器的硬件,包括搜救器的主控制板、OLED显示板和触摸按键控制板。主控制板的原理电路主要包括系统电源电路、主控制器的最小系统电路、2.4GHz无线通信电路、红外通信电路和FLASH存储器。OLED显示板主要设计了OLED显示屏的电源电路和显示驱动器的总线接口电路。触摸按键控制板主要设计了9个触摸按键和锂电池电压监控的硬件电路。设计了搜救器的软件,按照模块化编程思想设计了主控制器程序和触摸按键控制器程序。主控制器程序主要包括主控制器初始化模块程序、2.4GHz无线通信模块程序、红外通信模块程序、FLASH存储器的读写程序、OLED显示模块程序以及与触摸按键控制器的接口程序。触摸按键控制器程序主要设计了触摸按键的检测程序、键码发送程序和锂电池的电压监控程序。论文最后给出了搜救器的PCB板的硬件电路调试和装机调试过程,重点介绍了触摸按键的阈值调试和锂电池电压阈值调试方法。实验验证了搜救器软硬件设计的合理性,实现了井下人员的查找、定位、搜寻,达到了预期的目标。最后,指出了搜救器的不足与可以改进的地方。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 概述
  • 1.1 煤矿井下人员定位系统组成及工作原理
  • 1.1.1 定位系统组成
  • 1.1.2 定位系统工作原理
  • 1.2 国内现有煤矿井下人员定位系统的主流技术
  • 1.2.1 基于RFID 的定位系统
  • 1.2.2 基于WIFI 的定位系统
  • 1.2.3 GIS 结合的定位系统
  • 1.2.4 基于MESH 的定位系统
  • 1.3 煤矿井下人员定位系统的现状与不足
  • 1.3.1 当前国内定位系统的现状
  • 1.3.2 当前国内定位系统的不足
  • 1.4 搜救器的工作原理
  • 1.5 本文研究的内容
  • 第2章 搜救器设计方案
  • 2.1 硬件总体设计方案
  • 2.1.1 硬件总体框图
  • 2.1.2 主要芯片介绍
  • 2.2 软件总体设计方案
  • 2.2.1 主控制器程序方案
  • 2.2.2 触摸按键控制器程序方案
  • 2.3 本章小结
  • 第3章 主控板硬件设计
  • 3.1 系统电源电路
  • 3.1.1 锂电池工作原理及分类
  • 3.1.2 聚合物锂离子电池的性能
  • 3.1.3 锂电池充电电路
  • 3.1.4 主控板3.0V 稳压电路
  • 3.2 主控制器最小系统电路
  • 3.2.1 主控制器单片机
  • 3.2.2 时钟电路
  • 3.2.3 启动配置电路
  • 3.2.4 看门狗复位电路
  • 3.2.5 J-link 调试接口
  • 3.3 2.4GHZ 工业无线通信模块电路
  • 3.3.1 通信模块电源设计
  • 3.3.2 nRF24L01 及外围电路
  • 3.3.3 数字衰减器与天线
  • 3.4 红外通信模块电路
  • 3.5 FLASH 存储器模块电路
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 OLED 显示屏设计
  • 4.1 OLED 显示屏介绍
  • 4.2 OLED 显示控制器的总线接口
  • 4.3 OLED 电源设计
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 触摸按键板设计
  • 5.1 触摸按键设计
  • 5.1.1 触摸按键工作原理
  • 5.1.2 触摸按键硬件设计
  • 5.2 锂电池电压监控硬件设计
  • 5.3 本章小结
  • 第6章 主控制器程序设计
  • 6.1 主控制器程序流程
  • 6.1.1 芯片初始化
  • 6.1.2 2.4GHz 无线通信模块程序
  • 6.1.3 红外通信模块程序
  • 6.1.4 FLASH 模块程序
  • 6.1.5 OLED 显示模块程序
  • 6.1.6 与触摸按键板接口程序
  • 6.2 本章小结
  • 第7章 触摸按键控制器程序设计
  • 7.1 PIC16F726 软件流程
  • 7.1.1 芯片初始化
  • 7.1.2 触摸传感模块程序
  • 7.1.3 键码发送程序
  • 7.1.4 锂电池电压监控程序
  • 7.1.5 主程序流程
  • 7.2 本章小结
  • 第8章 搜救器调试与安装
  • 8.1 硬件电路检查和调试
  • 8.1.1 主控板调试
  • 8.1.2 触摸按键板调试
  • 8.1.3 联机调试
  • 8.2 装机调试
  • 8.3 本章小结
  • 第9章 总结
  • 参考文献
  • 附录 1 主控板电路原理图
  • 附录 2 OLED 显示板原理图
  • 附录 3 触摸按键板原理图
  • 附录 4 主控板 PCB 图
  • 附录 5 OLED 显示板 PCB 图
  • 附录 6 触摸按键板 PCB 图
  • 附录 7 主控板实物图
  • 附录 8 OLED 显示板实物图
  • 附录 9 触摸按键板实物图
  • 附录 10 搜救器实物图
  • 附录 11 主控制器部分程序
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

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