液压支架电液控制器地面测试系统的设计

摘要

液压支架电液控制器作为电液控制系统的关键设备，支配着综采工作面所有的支架动作和数据通讯，电液控制器应用软件质量的好坏，直接关系到煤矿的生产效率和安全，因此对液压支架电液控制器应用软件质量的检测尤为重要。但是，现有支架控制器应用软件的测试方法存在测试效率低、耗费成本高、不能自行收集记录测试结果以及无法评价应用软件现场适应能力等缺陷。本文在能源自主创新项目和煤炭科学研究总院青年基金项目的支持下，以SAC型支架控制器应用软件为研究对象，设计了一种液压支架电液控制器地面测试系统。　　首先，根据综采工作面对于支架控制器应用软件的测试要求，结合支架控制器的工作原理和外部结构，制定了地面测试系统的整体设计方案；其次，详细设计了地面测试系统的硬件部分，将支架控制器外部接口功能按照模块划分，选取高性能的LPC2X系列控制器，设计了三种传感器输入接口类型的数据采集及转换电路、支架控制器42路驱动电路信号的采集以及隔离电路、硬件装置与上位机通信电路以及硬件装置与被测系统支架控制器的通信电路，并针对硬件电路开发基于μC/OS-Ⅱ操作系统的嵌入式软件；然后，开发系统上位机软件，以微软.Net为开发平台、C＃为编程语言、SQLite为数据库开发工具，以模块化设计理念实现测试用例管理、数据发送和数据采集、支架控制器外部接口功能配置、实际综采工作面液压支架运行过程中传感器数据的采集、管理和下载，以及自动收集判断检测数据并且自动出具测试报告等功能；最后，对系统进行模块化调试和整体调试，以液压支架自动移架动作为例，测试在不同的工况环境下，支架控制器是否会按照煤炭行业支架作业的逻辑规范控制支架执行相关动作。　　本系统能够自动、精确、高效地检测支架控制器应用软件质量的好坏，从而使支架控制器能够有效控制液压支架在井下安全高效地运行。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2.1 国内外电液控制系统发展动态

1.2.2 国内外电液控制器测试系统的研究现状

1.3 主要研究内容

2 系统整体方案设计

2.1 电液控制系统的构成

2.2 支架控制器的工作原理和接口

2.3 系统设计需求

2.4 微控制器的选型设计

2.5 系统总设计方案

3 系统的硬件设计

3.1 硬件结构设计

3.2 电源模块设计

3.2.1 LPC2294控制器电源电路设计

3.2.2 隔离模块电源电路设计

3.2.3 电源保护电路

3.3 LPC2294控制器模块设计

3.3.1 时钟电路设计

3.3.2 复位电路设计

3.3.3 存储器扩展电路设计

3.3.4 JTAG仿真调试电路

3.4 数据转换模块设计

3.4.1 D/A转换电路设计

3.4.2 串口电路设计

3.5 A/D采集模块设计

3.5.1 电流采样电路设计

3.5.2 A/D采集电路设计

3.6 继电器控制模块设计

3.6.1 继电器的应用

3.6.2 继电器控制电路设计

3.7.1 CAN总线设计

3.7.2 RS-485通信电路的设计

3.7.3 UART扩展电路

3.8 硬件系统的抗干扰与可靠性设计

4 系统的嵌入式软件设计

4.1μC/OS-Ⅱ操作系统的移植

4.2 系统的任务设计

4.2.1 软件任务的确定

4.2.2 系统用户任务的划分

4.3.1 UART串口通信任务

4.3.2 I2C接口任务

4.3.3 CAN接口任务

4.3.4 频率检测任务

4.3.5 SPI接口任务

4.4 软件系统的抗干扰与可靠性设计

5 上位机管理平台的设计

5.1 软件的总体结构

5.2 管理平台的设计与实现

5.2.1 类与数据库的设计

5.2.2 主要模块设计

6 系统调试

6.1 模块化调试

6.2 整机调试

7 总结与展望

参考文献

附录

作者简历

致谢

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