煤矿井下巷道剖面收敛度的测量及拟合重建

摘要

巷道收敛量是巷道围岩应力变化最直观的体现，根据超声波测距原理测得顶底板移近量和两帮位移量来反映巷道收敛量，然后将巷道收敛量的数据进行拟合，重建出了巷道三维模型，为支护和安全生产提供了保证。
　　本论文主要包括两部分:超声波测距系统和无线通信系统。根据巷道下环境的约束，设计了一种用3个超声探头轮流检测的“倒梯形”方案。该方案中先对传统的超声测距法进行了分析比较，选择了用峰值时间检测法，这样能够准确的判断出回波到达的时刻。在硬件设计上，系统选用了中心频率为40KHz的超声波探头，以PIC单片机作为主控芯片，在发射电路上选用了SP3232作为驱动芯片，在接收部分选用了LM358作为接收芯片，达到了测距距离远，盲区小，抗干扰能力强等要求，同时还具有安装方便和工作可靠等优点。
　　无线通信系统以CC2530为核心处理器，通过“手拉手”接力方式对数据进行传递，将数据传输至通信总站，最后通过光纤或485模式传至上位机，工作人员通过对数据进行分析，通过利用线框建模法，拟合重建出巷道的三维模型。
　　最后，实验的测试结果表明该系统的测距精度较为理想，并对影响系统的各个因素进行了分析，从中找到减少误差的方法，系统总体上达到了设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 超声波测距原理

1．3 超声波测距技术的研究现状

1．4 论文研究内容和结构安排

第二章 超声波测距的基本理论

2．1 超声波的基本理论

2．1．1 超声波的类型

2．2 超声波传感器

2．2．1 超声波传感器原理和结构

2．3 超声波测距方法和主要参数分析与解决

2．3．1 超声波测距原理

2．3．2 系统主要参数分析与解决

第三章 收敛仪系统软硬件设计

3．1 系统总体设计方案

3．1．1 系统设计需求分析

3．1．2 总体结构设计

3．2 硬件的选型和具体电路的实现

3．2．1 单片机的选型和电路图设计

3．2．2 发射部分的驱动芯片

3．2．3 接收部分的处理芯片和组成电路

3．2．4 温度补偿芯片和电路设计

3．3 系统软件结构设计

3．3．1 超声波测距软件主程序

3．3．2 初始化子程序

3．3．3 脉冲产生程序

3．3．4 超声波接收中断程序和测温程序

3．3．5 IIC通讯程序

3．3．6 无线同步通信程序

第四章 巷道模型的重建

4．1 数据模型

4．2 巷道数据的特点

4．2．1 三维数据模型选择的原则

4．2．2 巷道数据的特点

4．3 巷道三维建模的方法

第五章 系统测距实验与误差分析

5．1 测距系统的性能实验

5．1．1 实验目的

5．1．2 实验内容及方法

5．1．3 测量结果和误差分析

5．1．4 干扰范围的测量

5．2 功耗测试实验

5．2．1 实验目的

5．2．2 实验内容和方法

5．2．3 测量结果及分析

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

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