基于电力线载波通信技术的矿井通风监控系统

摘要

本文提出一种基于电力线载波通信技术的矿井通风监控系统设计方案，主要研究了电力线载波通信的调制技术以及监控分站的软硬件设计。系统采用SCADA的控制理念，将井下已有照明线路作为系统底层通信链路，不仅能提供足够多的监测覆盖面，还可减少因线路故障而引起的系统失效；设计以ATmega128单片机为核心的监控分站并将其作为系统远程终端单元，可实现对井下瓦斯、CO、温度、风速等参数及局部通风机等机电设备运行状态的实时监测。
　　针对传统调制技术应用于电力线通信时质量差的问题，本文提出将扩频技术作为载波调制技术，利用其良好的抗干扰性、抗衰落性，将电力线载波通信应用于本系统中。
　　监控分站硬件部分主要包括电源模块、数据采集模块、存储单元、通信模块及人机接口。针对井下通常使用的电流型传感器设计了I/V转换电路，配合ATmega128内部10位 ADC实现对8路模拟输入的循环采集，并在软件中采用数字滤波技术对数据进行处理以降低误差；设计了基于 PL2102及其相应载波发送、接收及耦合电路的载波模块，并在软件中采用MODBUS-RTU协议实现中心站与分站间总线式的通信；为保证监控分站的独立性，采用接口为SPI、容量为2MB的闪存PM25LV016作为存储单元，与T/C配合实现监测量实时、快速、准确存储；扩展的液晶显示屏和键盘支持监测监控量实时显示及参数就地手动更改，使系统功能更加完善。
　　通过实验验证，所设计的监控分站测试精度能达1.2％，实现了显示、存储以及参数更改等功能，满足了监控分站的设计要求。

目录

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2煤矿监控系统的发展历程和趋势

1.3电力线载波通信概述

1.4本课题的研究目标和内容

1.5本章小结

2.矿井通风监控系统总体方案设计

2.1系统总体方案设计

2.2本章小结

3.矿井通风监控系统通信技术研究

3.1电力线载波通信技术

3.2矿井通风监控系统信号调制方式的确定

3.3矿井通风监控系统数据传输通道

3.4本章小结

4.矿井通风监控系统分站硬件电路设计

4.1矿井通风系统主要监测对象及传感器选型

4.2主控芯片选型及其基本功能电路

4.3监控分站电源设计

4.4矿井通风监控系统监测量输入电路设计

4.5矿井通风监控系统开关量输出电路设计

4.6基于PL2102的电力载波通信模块电路设计

4.7大容量数据存储模块电路

4.8人机交互接口设计

4.9硬件抗干扰设计

4.10矿井通风监控系统本质安全设计

4.11本章小结

5.矿井通风监控系统软件设计

5.1嵌入式系统软件设计方法

5.2矿井通风监控系统软件结构

5.3本章小结

6.矿井通风监控系统的调试与功能验证

6.1硬件主要功能调试

6.2监控分站功能验证

6.3本章小结

7.结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

附录