斗式提升机安全监测系统的设计与实现

摘要

随着智能控制技术的发展，嵌入式处理器被广泛使用在自动化领域，使得工业生产的设备自动化程度、复杂程度越来越高。传统的人工故障检测无法满足实际需求，因此设备故障的自动化检测也越来越受重视。斗式提升机作为一种垂直输送设备，广泛应用于水泥、石料等原料加工工业现场中。斗式提升机长期使用老化、负载过重等状况，都有可能导致故障。系统故障会给企业带来经济损失，给工人带来安全隐患。经过人工长期观察，掉斗是故障的主要原因，因此针对斗式提升机掉斗，设计了基于S3C2440的斗式提升机安全监测系统，通过在线监测固定料斗的螺钉松动来完成故障报警。
　　论文工作内容包括硬件和软件两个部分的设计。硬件方面包括主控芯片选择、核心电路板功能说明、扩展电路各个功能模块的原理图、PCB图的设计以及电路板调试。主控芯片选择了基于ARM920T的S3C2440，硬件模块包括电源及复位模块、串口通信模块、USB接口模块、DM9000网卡接口模块、SD卡模块及螺钉检测模块。软件部分包括嵌入式开发环境的搭建、驱动程序的开发移植和应用程序的设计。环境搭建主要包括Bootloader、Linux内核和根文件系统的移植。驱动程序包括USB摄像头驱动移植、DM9000网卡驱动移植和螺钉检测驱动的开发移植。应用程序包括下位机应用程序和上位机应用程序。其中下位机应用程序是基于Linux c编程实现，要实现的主要功能是在螺钉检测模块检测到螺钉时控制摄像头采集该行螺钉的图片并传送至服务器;上位机应用程序在接收到下位机传来的图片后利用OpenCV对其进行图像处理，通过识别条形码编号来定位螺钉所属的物料斗并且对螺钉进行松动识别。最终将系统得到的结果保存到数据库，并通过MFC编写的软件显示出来。
　　系统设计完成后，对其硬件电路进行了调试，对上位机、下位机软件系统进行了功能测试。测试显示，本系统可以实现数据快速采集、实时准确收发、分析，在实验室环境下该系统的稳定性、易操作性均能满足需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景与意义

1．2 国内外的研究现状

1．3 本论文的研究目标与内容

1．4 本论文的结构安排

1．5 本章小结

第2章 系统的总体设计

2．1 引言

2．2 系统功能需求分析

2．3 系统框架设计

2．4 系统开发流程

2．4．1 嵌入式系统概述

2．4．2 ARM硬件平台

2．4．3 嵌入式操作系统

2．4．4 嵌入式系统开发流程

2．5 本章小结

第3章 系统硬件电路设计

3．1 引言

3．2 系统硬件电路框图

3．3 系统核心模块的选择

3．3．1 主控芯片

3．3．2 存储器

3．3．3 I／O接口

3．4 系统扩展电路的设计

3．4．1 电源电路

3．4．2 串行通信接口电路

3．4．3 DM9000网卡接口电路

3．4．4 USB接口电路

3．4．5 SD卡接口电路

3．4．6 螺钉检测模块

3．5 硬件平台的调试

3．6 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 引言

4．2 软件平台的搭建

4．2．1 建立交叉编译环境

4．2．2 移植BootLoader

4．2．3 移植Linux内核

4．2．4 特定设备驱动移植与开发

4．2．5 构建根文件系统

4．3 系统应用程序设计

4．3．1 下位机应用程序设计

4．3．2 上位机应用程序设计

4．4 本章小结

第5章 图像处理算法的研究

5．1 引言

5．2 图像处理流程

5．3 图像预处理

5．4 条形码识别研究与实现

5．4．1 UPC-E条形码

5．4．2 UPC-E条形码区域定位

5．4．3 UPC-E条形码字符判别

5．5 螺钉松动检测

5．5．1 螺钉松动检测原理

5．5．2 螺钉阴影定位

5．5．3 螺钉阴影检测

5．6 本章小结

第6章 系统测试

6．1 引言

6．2 系统测试环境搭建

6．3 系统功能测试

6．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文