基于STM32的矿井水文监测系统设计

摘要

煤炭是我国最重要的自然资源之一，是保障人民生活质量、各行业顺利生产的重要能源。随着我国对煤炭资源勘探工作的不断深入，煤矿面积的不断扩大以及矿区的不断增多，对煤矿各项的管理工作也越来越困难。为了使煤炭开采行业能够顺利的进行，生命财产安全是所有工作的首位。近年来因为煤矿渗水、漏水引起的事故越来越多，因此煤矿水文监测工作十分重要。在保障煤矿开采正常进行的前提下，设计一套可以实时掌握水文信息并且有效预警的矿井水文监测系统，是整个煤炭开采行业一项迫切需求解决的问题。
　　结合我国煤矿行业的实际情况，本文针对我国现有的矿井水文监测系统所采用的技术进行深入研究后，设计一种以RS-485总线为核心网络进行数据传输，传感器进行相关信息采集，工业以太网为上层网络与上位机通信的矿井水文监测系统。在井下各巷道建立以STM32微处理器为核心的通信分站，起到承上启下的中转作用，现场总线网络通过各智能传感器将水位、水压、水温和流量等水文信息通过RS-485总线发送至通信分站，通信分站再将数据经串口转以太网模块发至上位机，上位机可以在任何时间发送指令查询和设置指定通信分站和传感器，将所有上传的水文数据存储在服务器中，并且在办公局域网络上实现共享。
　　建立可靠的突水模型，从上位机中将对应区域的水文数据进行读取，利用突水模型运算得到的数值表示该区域内突水发生可能性的大小，这个数值称为突水指数。之后经过大量水文数据的整合得出突水判断阀值，把矿区划分为安全区、可能突水区、突水危险区三种，并且将划分结果与已知情况对比。使整个水文监测系统拥有数据采集、处理、传输及分析的功能，实现及时预警和报警的效果。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外矿井水文监测技术的发展现状

1．2．1 国内现状分析

1．2．2 国外现状分析

1．2．3 矿井水文信息系统的发展方向

1．3 本文主要研究内容

第2章 相关技术分析

2．1 传感器技术

2．1．1 传感器的组成

2．1．2 传感器的分类

2．1．3 传感器的基本特性

2．2 现场总线技术

2．2．1 现场总线技术特点

2．2．2 RS-485总线技术

2．3 工业以太网技术

2．4 突水模型建立

2．5 本章小结

第3章 系统总体设计

3．1 系统需求分析及实现方案

3．1．1 主要功能及技术指标

3．1．2 系统整体方案设计

3．1．3 通信分站硬件部分设计

3．2 系统主要芯片选型

3．3 传感器选择

3．3．1 压力传感器

3．3．2 流量传感器

3．3．3 水位传感器

3．4 串口转以太网模块选择

3．5 本章小结

第4章 系统硬件电路设计

4．1 通信分站电路设计

4．1．1 DS1302时钟电路

4．1．2 E2PROM电路

4．2 RS-485转以太网电路

4．2．1 功能特点

4．2．2 以太网接口电路

4．2．3 RS-485保护电路的设计

4．3 电源模块设计

4．3．1 宽电压输入电路

4．3．2 线性稳压电路

4．4 信号转换电路设计

4．4．1 微处理器选择

4．4．2 I／V转换电路

4．5 本章小结

第5章 系统软件设计

5．1 通信分站软件设计

5．1．1 校验码的选择

5．1．2 上位机与通信分站通信协议及信息类型

5．1．3 通信报文详解

5．1．4 通信分站与智能传感器的通信协议

5．1．5 程序流程图

5．2 RS-485转以太网模块软件配置

5．3 本章小结

第6章 仿真调试

6．1 开发调试平台及调试工具

6．2 以太网与上位机通信调试

6．3 系统综合测试

6．4 水文监测预警仿真

6．4．1 流量变化

6．4．2 底板阻水能力变化

6．4．3 结构复杂程度变化

6．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢