基于Linux的提升机制动监测装置人机交互系统设计

摘要

矿井提升机是矿山生产的关键机电设备之一，担负着矿山主要运输任务，如提升矿物、运送材料、设备及人员等。液压制动系统是提升机的重要组成部分，是其安全运行的重要保障。目前，我国大部分矿区对提升机制动系统的监测仍停留在采用基于普通单片机设备的水平。由于其计算能力有限且实时性较差，经常出现监测结果不准确，监测界面数据刷新速度慢等故障。且由于普通单片机资源有限，导致目前的监测系统缺乏友好的人机交互系统、外设接口较少、功能较为单一，无法满足现代煤矿设备的需求。 为此，本文以矿井提升机制动系统为研究对象，研究、设计了一套以Exynos 4412 为硬件核心的提升机制动监测系统。在硬件平台的基础上移植了嵌入式Linux操作系统，并以QT为基础开发友好的人机交互界面。该监测系统实现了对提升机制动系统的实时监测，并且界面友好、易于操作。 首先，本文分析了矿井提升机液压制动系统的结构和工作原理，通过研究分析常见故障问题，归纳总结了液压制动系统中需要监测的各个物理量，并针对这些与故障密切相关的参数提出相应的监测方法，制定了总体方案。 其次，基于传统电路结构设计的不足，分析比较相应的功能特点，构建监测系统的整体硬件架构。通过设计比较，将整个监测系统硬件部分划分为核心板、底板、数据采集板三部分，并根据功能需求设计了具体硬件电路。 同时，结合已经建好的硬件平台，基于嵌入式操作系统的高适应行、稳定性，选择了嵌入式 Linux 系统移植，此处包括 BootLoader 移植、内核移植和根文件系统制作。分析比较传统交互界面的缺陷，以QT为工具开发了友好的人机交互系统，并开发了具体硬件设备的驱动程序。 最后，利用数据融合技术对提升机制动系统进行故障分析。通过分析数据融合技术的适用特点，采用了基于特征层和决策层两层数据融合的结构模型，特征层融合方法选用BP神经网络，决策层融合方法选用了D-S证据理论。两者相结合提高了系统对故障的诊断能力。 本文设计的监测系统由多个独立模块组成，系统安装、维护方便，并提供了人性化、直观化的人机交互系统，简化了工作人员的操作难度。搭载的嵌入式Linux系统和预留的多种外设接口能够实现更多功能的拓展。

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摘 要

Abstract

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Contents

图清单

List of Figures

表清单

List of Tables

变量注释表

List of Variables

1 绪论

1 Introduction

1.1 研究背景（Research Background）

1.2 提升机液压制动监测系统研究现状（Research Status of Hoist Hydraulic Brake System）

1.2.1 国内外盘形制动器研究现状

1.2.2 提升机制动系统监测技术的发展

1.3 课题目的及意义（Research Aim and Significance of the Project）

1.4 主要研究内容及章节安排（Research Contents and Arrangement for the Chapter）

2 液压制动系统性能研究及总体监测方案设计

2 Hydraulic Brake System Performance Research and Overall Monitoring Program Design

2.1.2 盘形制动器受力分析

2.2 提升机液压制动系统失效分析(Failure Analysis of Hoist Brake System)

2.2.1 制动正压力不足故障

2.2.2 接触面不足故障

2.2.3 闸瓦和制动盘摩擦系数下降故障

2.3 液压制动系统监测方案设计(Design of Monitoring Program for Hydraulic Brake System Performance)

2.3.1 检测方法研究

2.3.2 总体方案设计

2.4 本章小节(Summary)

3 制动监测系统硬件及相关驱动程序设计

3 Hardware and Related Driver Design of Hoist Brake Monitoring System

3.1.1 监测系统硬件结构设计

3.1.2 硬件驱动程序开发流程

3.2 ARM核心模块设计(Design of ARM Core Module)

3.3 底板模块设计(Design of Backplane Module)

3.3.1 电源电路设计

3.3.2 RS232电路设计

3.3.3 继电器输出电路设计

3.3.4 网络通信电路设计

3.4 数据采集模块设计(Design of Data Collection Module)

3.4.1 模拟量采集电路及驱动程序设计

3.4.2 开关量采集电路及驱动程序设计

3.5 本章小节(Summary)

4 嵌入式Linux系统移植及人机交互系统设计

4 Embedded Linux System Migration and Human-Computer Interaction System Design

4.1 嵌入式Linux系统移植(Migration of Embedded Linux System)

4.1.1 BootLoader移植

4.1.2 内核移植

4.1.3 文件系统移植

4.2 监测系统人机交互系统设计(Design of Monitoring System Human-Computer Interaction System)

4.3 本章小节(Summary)

5 基于数据融合的提升机制动系统故障诊断

5 Fault Diagnosis of Hoist Brake System Based on Data Fusion

5.1.1 多传感器数据融合技术的基本原理

5.1.2 数据融合的层次结构

5.2 基于两层数据融合的故障诊断研究(Research on Fault Diagnosis Based on Two-layer Data Fusion)

5.2.1 基于神经网络的数据融合系统

5.2.2 基于D-S证据理论的数据融合系统

5.2.3 两层数据融合在制动系统故障诊断中的应用

5.3 本章小节(Summary)

6 结论与展望

6 Conclusions and Expectations

参考文献

References

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