振动唤醒式单体支柱支撑压力测量仪的研究

摘要

针对当前煤矿出现的顶板事故现状以及存在的问题，本文设计了一种振动唤醒式单体支柱压力测量仪，通过对单体支柱上的压力进行检测，能及时发现故障苗头，极大程度的减少各类损失。论文主要对单体支柱上的压力进行实时监测、分析、预警，对井下工作面的单体支柱的实际工作状况进行监测，将采集到的压力数据实时进行处理、显示与存储。当振动传感器被敲击三次，则整个系统上电，然后进行所测数据的AD转换、压力换算、存储及显示，最大程度的节省了耗电，这就是所谓的振动唤醒式。压力检测仪与压力采集器配合使用，可以对当前所测的压力数据进行采集，将采集到的数据通过无线传送给通讯分机，实现远距离的通信功能。该仪器是以单片机为核心，采用了大容量的干电池供电，仪器工作时，通过压力传感器采集到的信号转换为电脉冲信号，输入到单片机中，再根据预先设定的参数计算出其压力值，通过数码管将此时的压力显示出来，并且可以将所测数据传输出去，显示在上位机上，由此来决定此支柱是否合格。该仪器的创新点即是振动传感器的使用，即对于微处理器的电源控制部分的设计，这样极大地减少了功耗，使得压力测量具有较强的灵活自主性。论文着重阐述了测压仪方案的选择，及单体支柱上压力监测分机的设计思路、工作原理、实现方法、相互间的通讯方式，并详细研究了相关硬件电路和软件的设计，以及调试中所遇到的各种问题以及解决方法。

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Contents

1 绪论

1.1课题的背景

1.2课题的意义

1.3国内外研究现状

1.4本论文研究的主要内容

2 压力测量仪的总体方案和工作原理

2.1压力测量仪的总体结构

2.2压力测量仪的工作原理

2.3微处理器的选型

2.4电源控制部分的方案选择

2.5通信电路方案的选择

2.6本章小结

3 传感器的选型及性能要求

3.1传感器应用系统的设计原则

3.2仪器的传感器选型

3.3传感器的干扰噪声及其控制

3.4本章小结

4 压力测量仪的硬件设计

4.1压力传感器的信号处理电路

4.2振动传感器的信号处理电路

4.3微处理器

4.4电源电路

4.5显示电路

4.6存储电路

4.7声光报警电路

4.8 NE555单稳态触发电路

4.9通信电路

4.10硬件可靠性设计

4.11本章小结

5 压力测量仪的软件设计

5.1汇编语言

5.2仪器主程序的设计

5.3测压仪的初始化

5.4 A/D转换子程序

5.5压力显示子程序

5.6数据存储子程序

5.7通信程序部分

5.8软件可靠性设计

5.9本章小结

6 仪器的应用与调试

6.1仪器的应用

6.2仪器的调试

6.3本章小结

7 总结与展望

7.1总结

7.2展望

攻读硕士期间主要成果

附录一 程序清单

附录二 电路原理图