基于嵌入式的隧道掘进炮眼定位系统研究

摘要

炮眼定位是隧道掘进中光面爆破的一项重要工序，需要按照事先设计的炮眼布置图，将各个炮眼的位置在掘进面上正确指定出来，以方便打眼工的作业。目前大多数隧道掘进中炮眼定位环节采用人工作业，以人工测量的方式标注几个关键眼位，根据工人经验来标定其他眼位，这种人工作业方式存在工作量增大、速率低、精度不高等问题。
　　针对以上问题，本文提出一种基于嵌入式的炮眼定位系统方案，以S3C2440处理器为中央单元，通过GPIO接口电路驱动旋转机构的步进电机，带动激光指示器沿水平和垂直方向运行，从而在采掘面上指定出各个炮眼的位置。
　　首先，本文基于嵌入式Linux系统平台，根据隧道掘进中炮眼定位的功能要求，提出一种炮眼定位系统总体方案，包括系统硬件结构和软件架构。然后，设计和搭建炮眼定位系统硬件；参考隧道掘进工作面的炮眼布置特征，设计并制作模拟掘进面；根据系统硬件结构设计主控器外围电路以及系统机械架构。其次，针对隧道掘进的炮眼定位特点，提出一种基于Qt图形视图框架的炮眼定位软件设计方法。该方法采用Qt视图项将现实工作面及炮眼融入到设计中，从而建立其虚拟模型，根据所建立的虚拟模型设计出炮眼定位系统软件，并在GUI中显示出来，通过操作炮眼模型项控制系统指定实际对应的炮眼位置。最后，研究并设计步进电机协调控制算法，采用 SQLite数据库建立炮眼模型项与实际炮眼之间的映射关系，实现炮眼的自动布置，并且实时显示每个炮眼的当前标注状态，建立智能化的交互机制。
　　经过对炮眼定位系统的设计、开发和功能模块的测试，以及对系统在实验平台上运行效果的反复验证。实验结果表明，该系统的实现可有效的减小炮眼定位环节的工作需求量、缩短掘进周期、提高定位精度，为隧道掘进工程提供极大的便利。

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1 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究动态和发展趋势

1.3 论文工作与内容安排

2 基于嵌入式的炮眼定位系统方案设计

2.1 炮眼定位系统总体结构设计

2.2 炮眼定位系统硬件结构设计

2.3 炮眼定位系统软件架构设计

2.4 本章小结

3 嵌入式炮眼定位系统的硬件设计

3.1 系统GPIO模块设计

3.2 炮眼定位系统旋转机构电路设计

3.3 炮眼定位系统机械架构设计

3.4 本章小结

4 基于Qt视图框架的炮眼定位算法研究

4.1 系统驱动程序设计

4.2 Qt项视图模型算法研究

4.3 步进电机协调控制算法研究

4.4 本章小结

5 系统实现与测试

5.1 炮眼定位系统的集成与实现

5.2 系统测试与实验结果分析

5.3 本章小节

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录