矿用矿车衡控制系统的研究与设计

摘要

论文研究设计的“矿用矿车衡控制系统”是一种动态计量装置，是矿山企业产量税控系统的子系统，可实现矿车运输产量的在线监控，实时地将矿车运输物料质量，矿车运行方向、批次数及每批次矿车数等信息上传给煤炭信息网。矿用矿车衡控制系统主要应用于煤矿井下含有爆炸性气体，温湿度大、电磁干扰强的环境中，矿车处于非平稳运动状态，因此如何提高矿用矿车衡控制系统的计量准确度和工作稳定性成为研究设计的关键性问题。 论文通过深入研究探讨称重传感器输出信号特性，车速、负荷变化及车辆振动对计量准确度的影响，提出将EMD经验模态分解算法运用到矿用矿车衡控制系统中。矿车的称重信号可看作是矿车的静态称重信号与周期性的车辆振动信号的叠加，通过经验模态分解法可将周期性的振动信号从称重信号中分离出去，获得有效的静态称重信号，从而提高系统的计量准确度。 论文通过对射频识别(RFID)技术的特点及防冲突处理技术展开研究分析，创造性的提出将射频识别技术应用于矿用矿车衡控制系统中，成功地解决了矿车皮重难以准确扣除，矿车数统计易误报、漏报的问题，提高了系统的工作稳定性。 针对矿用矿车衡控制系统在实际应用存在利用钢板短路称重传感器的搭桥作弊问题，论文并首创采用开关型霍尔传感器与称重传感器相配合来判断作弊，较好的解决了防止搭桥作弊现象的出现，提高了系统计量的真实性。 论文对RS-485、调制解调器、CANBUS进行了对比分析，根据矿用矿车衡控制系统对通信可靠性、实时性要求高的特点，提出采用CANBUS总线构建计量数据传输网络，实现对矿车运输产量的远程在线监控。 矿用矿车衡控制系统的研制与推广将提高矿山企业管理水平，满足了煤矿监管部门对安全管理的需求，为政府的计税管理工作提供准确、科学的依据，为税务系统的分行业管理奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 论文背景及意义

1.2 国内外现状

1.3 论文研究内容

1.4 论文结构

第2章 矿用矿车衡控制系统相关技术

2.1 射频识别技术

2.1.1 RFID识别技术

2.1.2 RFID的分类

2.1.3 RFID防冲突处理算法

2.1.4矿用矿车衡控制系统防碰撞算法选择

2.2有线通讯技术

2.2.1 调制解调器通讯

2.2.2 RS-485通讯

2.2.3 CAN总线通讯

2.2.4有线通讯技术比较

2.3 防爆技术

2.3.1 电气设备的防爆类型

2.3.2矿用矿车衡控制系统防爆类型的选择

2.4数据滤波处理技术

2.5 嵌入式实时操作系统

2.6本章小结

第3章 矿用矿车衡控制系统总体设计

3.1 矿用矿车衡控制系统结构

3.1.1 提高系统计量准确度的方案

3.1.2提高系统工作稳定性的方案

3.1.3 系统防爆设计方案

3.1.4 系统防作弊处理设计方案

3.2 矿用矿车衡控制系统主控制器

3.3 无线电子标签与无线阅读器

3.3.1 矿车的射频识别技术

3.3.2 煤矿井下RFID工作频率选择

3.4 矿用隔爆兼本质安全型直流稳压电源

3.4.1 本安电源的特点

3.4.2本安电源需要解决的关键问题

3.5 本章小结

第4章 矿用矿车衡控制系统硬件设计

4.1 矿用矿车衡控制系统主控制器硬件电路设计

4.1.1 模型转换器电路

4.1.2 CAN总线接口电路

4.1.3 SD卡存储器电路

4.1.4 RS485总线接口电路

4.2 无线电子标签和无线阅读器硬件电路设计

4.2.1 无线电子标签电路

4.2.2无线阅读器电路

4.3 本章小结

第5章 矿用矿车衡控制系统软件设计

5.1 矿用矿车衡控制系统的通讯协议

5.1.1 主控制器与地面计算机之间的通讯协议

5.1.2主控制器与无线阅读器之间的通讯协议

5.1.3 无线电子标签与无线阅读器之间的通讯协议

5.2 无线电子标签和无线阅读器软件设计

5.2.1 nRF9E5单片机芯片设置

5.2.2无线电子标签软件设计

5.2.3 无线阅读器软件设计

5.3 矿车衡主控制器软件设计

5.3.1 信号采集任务

5.3.2矿车数识别任务

5.3.3数据处理任务

5.3.4 CAN总线通讯任务

5.3.5称重信号EMD滤波处理算法

5.3.6矿车衡称重计量算法

5.4本章小结

第6章 矿用矿车衡控制系统测试与数据分析

6.1 CAN总线通信检测

6.1.1 测试方法

6.1.2测试结果

6.2无线通讯检测

6.3 矿用矿车衡控制系统数据采集、分析

6.3.1搭建测试平台

6.3.2试验方法

6.3.3数据分析

6.4 主要防爆性能测试

6.4.1 隔爆面粗糙度、间隙检查

6.4.2隔爆箱水压试验

6.5 本章小结

结论

参考文献

致谢