基于STM32的矿井微震数据采集分站研究

摘要

随着我国科学技术的发展和社会的逐渐进步，能源问题成为社会关注的焦点，根据现在的国情，我国又是世界上人口最多的国家，对能源的需求量越来越大，虽然我国是世界上储煤量非常丰富的国家，但是对于煤矿的安全生产一直是政府、国家安监部门和煤炭企业高度重视的问题。在井下开采煤田时，由于岩层的活动和应力的集中，会导致煤岩层的破裂，释放出大量的能量，最终导致矿震的发生，所造成的后果将是不可想象的，轻则损坏设备，重则将会导致人员伤亡。所以对于矿井微震活动进行监测和预警，能及时做出相应的调整，可减少微震所造成的伤害，这对于防治微震灾害起到了不言而喻的重要作用，所以设计和开发一套完善的微震监测系统已变的刻不容缓。
　　国外对于微地震的研究起步较早，技术也相对成熟，而我国虽然煤矿众多，但是监测技术相对落后，大部分都是引进国外产品，价格昂贵，对于这种情况，本文重点进行了微震数据采集监测分站的研究与设计，利用意法半导体生产的基于ARM公司高性能Cortex-M3芯片的互联型STM32F107VC微控制器作为监测分站的控制核心，完成对井下微震信号的接收，最后利用现代流行的CAN（控制局域网）总线进行数据传输。
　　本文首先在对我国井下的通信现状分析后提出了几种可实施的方案，最后确定一种方案进行设计。重点阐述了井下监测分站的硬件和软件设计。硬件设计主要包括传感器的选型、放大电路和滤波电路的设计、数据采集电路、A/D转换电路和CAN总线通信电路设计。软件部分主要包括分站的初始化、数据采集程序、SD卡存储程序以及CAN总线通信程序设计。在最后提出了整个微震监测数据采集系统的设计思想。经实验论证，本文提出的基于STM32的微震监测数据采集分站能够很好地监测与预防微震灾难的发生，对于煤矿安全生产和正常运行具有很高的实用价值和现实意义。

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1 引言

1.1 课题研究背景和意义

1.2 微震监测数据采集系统的国内外发展状况

1.3分布式数据采集系统在微震监测系统中的应用

1.4 本文主要研究内容及安排

1.5 本章小结

2 微震监测数据采集系统总体方案

2.1 微震监测数据采集系统方案研究

2.2微震监测数据采集系统架构研究与设计

2.3 组网方式

2.4矿用数据光端机

2.5上位机查询方式

2.6本章小结

3微震监测数据采集分站硬件设计

3.1 分站硬件电路整体架构

3.2 传感器选型

3.3 信号预处理电路

3.4 STM32F107VCT微控制器

3.5 8路模拟开关的选型及连接

3.6 模数转换器设计

3.7JTAG电路设计

3.8 CAN总线通信设计

3.9 电源模块设计

3.10 复位电路设计

3.11 SD卡存储模块设计

3.12防爆设计

3.13硬件抗干扰设计

3.14 本章小结

4微震监测数据采集分站软件设计

4.1开发环境的选择

4.2分站初始化程序设计

4.3 数据采集模块程序设计

4.4 SD卡存储模块程序设计

4.5 CAN总线通信模块程序设计

4.6软件抗干扰设计

4.7 本章小结

5系统实验结果分析

5.1上位机接收工业以太网数据

5.2上位机显示微震波形

6总结与展望

6.1本文工作总结

6.2进一步工作展望

参考文献

附录

作者简历

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