矿用柴油机车保护监控仪的设计与开发

摘要

矿用柴油机车是一种燃烧油液的热动力设备，在有瓦斯煤尘爆炸、环境条件恶劣的矿井下使用，因此需要使用保护监控仪以提高安全性与可靠性。本文针对此需求，开发了具有监控参数多，精度高，可靠性高，易用性强等特点的全自动可视化矿用柴油机车保护监控仪。
　　本文首先分析了国内外柴油机监控仪开发技术的概况、存在问题及本课题研究意义，明确本课题主要研究任务。接着本文分析了柴油机监控仪系统的总体结构，详尽地介绍了系统的工作原理以及系统方案的选择。
　　本文设计制作的柴油机监控仪系统分为测量板、显示板、甲烷传感器和一氧化碳传感器这四个部分，论文对各部分的硬件电路设计进行了详细的阐述。测量板是以STM32单片机为核心，负责工况数据采集处理、工况数据存储、工况监测报警等功能。需要监测的工况有水温、表温、排温、油温、刹车油压、机油压力、油箱油位、水箱水位、引擎转速、车速、甲烷浓度、一氧化碳浓度等。显示板主要用于在LCD屏上显示监控的工况数据。显示板包括三个部分:以STM32单片机为核心的控制部分，用于控制LCD的显示内容和接收测量板的工况数据以及通过红外实现操作人员对工况参数的调整;以CPLD为核心的LCD驱动部分，配合SRAM作为显示缓存，实现对LCD的控制显示;以视频解码芯片MST703为核心的视频解码部分，用于将倒车视频信号解码成数字RGB信号以便在LCD上显示。甲烷传感器以STM32单片机为核心，通过MJC4/3.0L型催化燃烧式气敏元件来检测甲烷气体浓度，并将检测结果实时发送给测量板。一氧化碳传感器也是以STM32单片机为核心，通过4cm敏感元件来检测一氧化碳气体浓度，并将检测结果实时发送给测量板。
　　接着本文完成了矿用柴油机车保护监控仪系统的软件设计。主要包括对各类工况采集处理的软件流程、工况数据存储的软件流程、各子系统相互之间的通信设计、报警处理的软件流程、LCD界面显示驱动部分的软件流程、LCD界面显示控制部分的软件流程、视频解码并显示的软件流程、甲烷浓度采集处理的软件流程、一氧化碳浓度采集处理的软件流程等。
　　最后，在完成软硬件设计的基础上进行了系统的调试工作，对工况检测、通信、LCD显示驱动及功能界面都进行了详细的测试，确保满足系统的设计需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容及意义

1．4 论文组织结构

第二章 需求分析和总体设计

2．1 需求分析

2．2 系统结构设计

2．2．1 系统工作原理

2．2．2 系统结构框图

2．2．3 工况检测报警功能的设计

2．2．4 通信功能的设计

2．2．5 LCD显示功能的设计

2．3 硬件方案选择

2．3．1 单片机选型

2．3．2 CPLD选型

2．3．3 视频解码芯片选型

2．4 本章小结

第三章 监控仪硬件部分设计介绍

3．1 硬件总体设计

3．2 测量板硬件设计

3．2．1 电源模块

3．2．2 核心板模块

3．2．3 串口通信模块

3．2．4 存储模块

3．2．5 工况检测处理模块

3．2．6 传感器内网CAN通信模块

3．2．7 其他电路模块

3．3 显示板硬件设计

3．3．1 电源模块

3．3．2 显示板控制部分

3．3．3 显示板驱动部分

3．4 甲烷传感器硬件设计

3．4．1 甲烷浓度采集模块

3．5 一氧化碳传感器硬件设计

3．5．1 一氧化碳浓度采集模块

3．5．2 温度采集模块

3．6 本章小结

第四章 监控仪软件部分设计介绍

4．1 软件结构及流程

4．2 测量板软件设计

4．2．1 测量板软件总体结构

4．2．2 工况采集处理子程序的软件设计

4．2．3 工况存储子程序的软件设计

4．2．4 串口通信子程序的软件设计

4．2．5 报警处理子程序的软件设计

4．3 显示板软件设计

4．3．1 显示板软件总体结构

4．3．2 以STM32为核心的显示板控制部分的软件设计

4．3．3 以CPLD为核心的显示板驱动部分的软件设计

4．3．4 以MST703为核心的显示板视频解码部分的软件设计

4．4 甲烷传感器软件设计

4．4．1 甲烷传感器软件总体结构

4．4．2 甲烷浓度采集处理子程序的软件设计

4．4．3 参数存储子程序的软件设计

4．4．4 RS485通信子程序的软件设计

4．5 一氧化碳传感器软件设计

4．5．1 一氧化碳传感器软件总体结构

4．5．2 一氧化碳浓度采集处理子程序的软件设计

4．5．3 参数存储子程序的软件设计

4．5．4 RS485通信子程序的软件设计

4．6 本章小结

第五章 系统测试

5．1 矿用柴油机车保护监控仪工况检测报警部分的指标与测试

5．2 保护监控仪系统通信部分的测试

5．3 LCD显示部分的测试

5．3．1 LCD刷新显示时序测试

5．3．2 SRAM读写测试

5．3．3 LCD功能界面的测试

5．4 本章小结

第六章 结束语

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果

附录