基于小波滤波的矿用液压支架姿态监测系统研究与设计

摘要

在液压支架电液控制系统里，液压支架姿态信息非常重要，但现有姿态监测方案难以满足现场需求。为提高矿用液压支架姿态监测设备的智能化程度、准确度和可靠性，本课题研究并设计了一种基于小波滤波的矿用液压支架姿态监测系统。
　　本文在建立矿用液压支架模型的基础上，研究了矿用液压支架在不同工作状态下的姿态监测方案，提出了一种基于倾角传感器的矿用液压支架姿态监测方法，搭建了矿用液压支架姿态监测系统平台。监测系统的硬件部分设计主要包括选择性价比高、功能强、功耗低的主控制器LPC2138，具有高精度、温度补偿功能的双轴倾角测量传感芯片SCA100T，以及高精度的模数转换器LTC1865等。监测系统软件部分采用模块化编程方法，实现了对姿态信息采集的功能，可与上位机、人机交互界面通信，并将采集到的信息在上位机和人机操作界面上显示。针对井下强烈电磁和振动干扰导致信号降质的问题，对采集到的数据进行小波滤波处理，提高了信号的质量。
　　在实验室和矿井下分别进行实验，液压支架姿态监测系统智能化程度较高，可在上位机、液压支架控制器上实时获取液压支架的姿态信息；采集到数据较为准确，倾角数据误差不足1°，高度数据误差在10cm内；在测试过程中，整个系统运行可靠、稳定。可见，液压支架姿态监测系统在智能化、准确度、可靠性方面表现突出，具有推广使用的价值。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 课题的背景和意义

1.2 课题研究的发展现状

1.3 课题研究的主要内容

2 矿用液压支架姿态监测系统方案设计

2.1 矿用液压支架电液控制系统

2.2 矿用液压支架抽象模型建立

2.3 矿用液压支架姿态监测方案

2.4 矿用液压支架高度算法

2.5 本章小结

3 矿用液压支架姿态监测系统硬件设计

3.1 硬件电路系统概述

3.2 微控制器选型

3.3 倾角传感器芯片 SCA100T 单元

3.4 双路供电单元

3.5 模数转换单元

3.6 通信电路单元

3.7 其他电路

3.8 本章小结

4 矿用液压支架姿态监测系统软件设计

4.1 软件设计平台

4.2 软件设计流程

4.3 串口通信协议

4.4 上位机软件

4.5 本章小结

5.1 小波滤波

5.2 基于 MATLAB 的小波分析应用

5.3 本章小结

6 矿用液压支架姿态监测系统性能测试与分析

6.1 矿用液压支架姿态监测系统的布置、安装及校正

6.2 矿用液压支架姿态监测系统测试

6.3 实验室验证

6.4 煤矿井下实验验证

6.5 本章小结

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录 A 倾角传感器电路原理图

附录 B 倾角传感器电路板

附录 C 监测系统布局改进示意图

致 谢

攻读硕士期间主要成果