【正文】 中文題目：礦山井下架空人車通訊監(jiān)控系統(tǒng)的設計外文題目：DESIGN OF COMMUNICATION MONITORING SYSTEM FOR MINE UNDERGROUND AERIAL VEHICLE 畢業(yè)設計（論文）共 73 頁（其中：外文文獻及譯文23頁） 圖紙共3張 完成日期 2015年6月 答辯日期 2015年6月摘要在我國有大部分礦井采用斜井的開采方式，隨著礦井的不斷延伸，越來越多的礦井采用架空人車來輸送人員作業(yè)，以降低人員的體力和時間消耗。但現(xiàn)有的纜車運人系統(tǒng)中，多采用狀態(tài)信號觸發(fā)方式，當有情況發(fā)生時，井上監(jiān)控人員不能很好的了解現(xiàn)場情況，這樣不但存在嚴重的安全隱患而且不方便控制決策的實施。本設計礦山井下架空人車通訊監(jiān)控系統(tǒng)主要分為：轎廂機、中繼站和控制臺三個部分。轎廂機即為原有的礦井架空人車，在車內(nèi)安裝轎廂機系統(tǒng)使其能與中繼站通過NRF24L01+無線模塊通訊。中繼站則安裝在架空人車運行的巷道內(nèi)，以一定距離分布用于接收或發(fā)送轎廂機與控制臺數(shù)據(jù)。控制臺安裝在地面，配有顯示模塊，通過CAN總線與中繼站通訊，在與指定轎廂機語音通話的同時實時監(jiān)控其余轎廂的運行狀況。關鍵詞：無線通訊；架空人車；NRF24L01+；CAN總線IAbstractIn our country have most of the mine slope mining method, with the continuous extension of the mine, more and more vehicles to transport the overhead mine personnel assignment, to reduce the consumption of energy and time for staff. But the existing cable car transport system, how uses the state signal trigger mode, when there occurs, inoue monitoring personnel can not understand the situation very well, so that not only there are serious security hidden danger and is not convenient to the implementation of the control decisions. This design underground aerial mancar munication monitoring system mainly divides into: capsules machine, relay station and console three parts. Capsules machine for mine overhead man car, in capsules capsules machine system installed in the machine can make it with relay station by module NRF24L01+ munication. Relay is installed on the overhead of vehicle running tunnel, namely capsules machine orbit, to a certain distance distribution is used for receiving and sending the car machine and control data. Console is installed on the ground, a display and voice module, through CAN bus and relay munication, in the specified capsules machine voice calls and realtime monitoring of running state of the rest of the capsules. Key words: wireless munication。 aerial ropeways。 NRF24L01+。 CAN bus I目錄0 前言 11 礦山井下架空人車及無線通訊技術概述 2 礦山井下架空人車簡介 2 礦山井下無線通訊技術概述 3 無線通訊技術的發(fā)展歷程 3 常用無線通訊技術原理及應用 42 架空人車通訊監(jiān)控系統(tǒng)整體方案設計 8 整體系統(tǒng)結構及功能的設計 8 轎廂機系統(tǒng)設計 9 中繼站系統(tǒng)設計 9 控制臺系統(tǒng)設計 103 轎廂機系統(tǒng)設計 11 轎廂機結構設計 11 轎廂機的硬件設計 11 轎廂機主控制器電路 11 轎廂機無線通訊模塊設計 13 轎廂機語音模塊設計 16 轎廂機鍵盤電路 21 轎廂機人員檢測電路的設計 24 轎廂機電源電路設計 24 轎廂機系統(tǒng)軟件的設計 26 轎廂機系統(tǒng)主程序設計 26 轎廂機無線通訊子程序的設計 27 轎廂機語音通訊的軟件設計 284 中繼站系統(tǒng)設計 32 中繼站結構設計 32 中繼站系統(tǒng)硬件的設計 32 中繼站CAN總線模塊電路 32 中繼站無線通訊模塊電路 34 中繼站電源電路 35 中繼站系統(tǒng)主程序設計 35 中繼站無線通訊模塊軟件設計 365控制臺系統(tǒng)設計 38 控制臺系統(tǒng)結構設計 38 控制臺系統(tǒng)硬件設計 39 控制臺主控制器電路 39 控制臺語音處理模塊電路 39 控制臺顯示模塊 40 控制臺鍵盤模塊設計 41 控制臺CAN總線模塊電路 42 控制臺電源模塊電路 42 控制臺系統(tǒng)軟件設計 43 控制臺軟件主程序設計 43 控制臺數(shù)據(jù)處理子程序 446 硬件抗干擾設計 45 抗干擾設計基本原則 45 干擾種類及解決方法 45 提高敏感器件的抗干擾性能 467 技術與經(jīng)濟分析 478結論 48致謝 49參考文獻 50附錄A 譯文 AMBE－1000 用戶手冊 51附錄B 外文文獻 原文 62附錄C 實物圖片0 前言煤礦生產(chǎn)不僅關乎國家財產(chǎn)和人民生命安全，還關乎整個社會和諧穩(wěn)定。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,“安全”這個詞匯已經(jīng)深入人心，人們已經(jīng)對生活和生產(chǎn)中的安全問題加大了重視，生產(chǎn)安全也一度被定為最熱的話題。本系統(tǒng)就是應生產(chǎn)生活的需要，本著“安全第一”的原則，對礦井中實際遇到的問題和難題而設計的系統(tǒng)。在過去的很長一段時間內(nèi)，礦山井下的巷道是沒有可以載人通行的車輛的，工人需要徒步上下礦井，這大大的增加了工人的體力消耗，也降低了生產(chǎn)效率，給生產(chǎn)工作帶來了很大的不便。為了提高工作效率，減少工人的體力消耗，在礦山井下建設架空人車系統(tǒng)是非常重要的。河南省耿村煤礦斜井人車運輸存在巷道底板因礦壓變形的問題，解決問題需要大量的工作，因此，采用架空運輸人車系統(tǒng)對原運輸車進行改造是一個最為理想的方案。井下運輸設備主要有斜井機和架空人車兩種。架空人車與斜井機相比較，架空人車系統(tǒng)的電機功率遠遠小于斜井機的電機功率，可節(jié)約大量的電能與生產(chǎn)成本，也大大地降低了運行的成本。架空人車系統(tǒng)的結構簡單、維護方便、能夠連續(xù)工作、可多轎廂同時工作，運輸效率更高。架空人車系統(tǒng)的安全性能遠高于斜井機，功率遠小于斜井機，對電能的節(jié)省效果非常明顯，在礦山井下人員運輸領域，具有前景非常好的應用前景，架空人車系統(tǒng)也會給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。架空人車系統(tǒng)安裝的適應性強，可以在大傾角、長距離及復雜變坡巷道環(huán)境的安裝使用，具有上下人員方便、載人量大、操作簡單、維護方便、一次性投資低、動力消耗小、可節(jié)約運行成本等優(yōu)點。大量礦井采用的都是斜井機運輸，不僅工作效率，更重要的是影響行車安全的因素多，運行和維護成本高。1 礦山井下架空人車及無線通訊技術概述 礦山井下架空人車簡介礦山井下架空人車系統(tǒng)，是煤礦井下人員運輸設備，負責運輸煤礦工作人員上下礦井或遠距離運輸人員使用。礦山架空人車系統(tǒng)由驅動電機設備、牽引繩索、拖拽繩索裝置、人員乘坐的轎廂機、變坡點裝置、迂回輪裝置、張緊繩索裝置及電機控制裝置等部件組成。架空人車系統(tǒng)的工作原理為：牽引繩索安裝在驅動輪、拖拽繩輪、壓繩輪、迂回輪、張緊繩索輪上，呈無極封閉系統(tǒng)，經(jīng)載重錘拉緊后，由驅動設備帶動電動機輸出動力帶動減速電機上的驅動輪轉動，輸出大的力矩，利用牽引繩索和驅動輪之間的摩擦力帶牽引繩索做循環(huán)運動，沿一定的軌跡運行，轎廂機由抱索器與牽引繩索鎖緊，隨牽引繩索運行來運輸工作人員。井下運輸設備主要有斜井機和架空人車兩種。架空人車與斜井機相比較，架空人車系統(tǒng)的電機功率遠遠小于斜井機的電機功率，可節(jié)約大量的電能與生產(chǎn)成本，也大大地降低了運行的成本。架空人車系統(tǒng)的結構簡單、維護方便、能夠連續(xù)工作、可多轎廂同時工作，運輸效率更高。架空人車系統(tǒng)的安全性能遠高于斜井機，功率遠小于斜井機，對電能的節(jié)省效果非常明顯，在礦山井下人員運輸領域，具有前景非常好的應用前景，架空人車系統(tǒng)也會給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。架空人車系統(tǒng)安裝的適應性強，可以在大傾角、長距離及復雜變坡巷道環(huán)境的安裝使用，具有上下人員方便、載人量大、操作簡單、維護方便、一次性投資低、動力消耗小、可節(jié)約運行成本等優(yōu)點。架空人車系統(tǒng)的電機與轎廂實景圖如圖11所示。圖11 礦山井下架空人車實景圖 Underground aerial vehicle Virtual Map但是架空人車系統(tǒng)在運行中還存在一些危險問題，例如制動閘失效，引起的飛車事故、牽引繩索意外脫落等事故。架空人車一般只有機頭司機，機尾不設置信號工人，而事故多發(fā)生在司機視野盲區(qū)的地方，事故發(fā)生時的緊急解決方法主要靠轎廂內(nèi)人員身體探出轎廂，拉動巷道內(nèi)預設的緊急停車控制線來完成停車，但是此方法難以及時停車，從而造成事故的進一步惡化。另一方面，由于員工下班時身體疲憊，精神萎靡或進入睡眠狀態(tài)的情況，容易在乘坐架空人車的時候出現(xiàn)坐車越位或與巷道發(fā)生摩擦擦傷皮膚，甚至會從車上掉落等嚴重后果。目前架空人車的控制系統(tǒng)主要是對其運行進行控制，主要涉及啟?？刂?、速度控制、緊急停車保護控制、過速欠速保護控制等方面。而很少有對轎廂內(nèi)人員進行監(jiān)控和語音通信的控制系統(tǒng)。在架空人車系統(tǒng)工作過程中，設計一個通訊監(jiān)控系統(tǒng)讓控制臺人員和轎廂內(nèi)人員保持實時聯(lián)系。通過監(jiān)控控制系統(tǒng)實時了解轎廂內(nèi)部的情況，以方便做出相應的調整，保證架空人車的正常運行。 礦山井下無線通訊技術概述 無線通訊技術的發(fā)展歷程遠距離無線通信已經(jīng)有一百多年的歷史，可以追溯到1901年馬可尼將電報信息發(fā)送到一千八百英里外的大西洋彼岸。無線傳輸技術在20世紀經(jīng)歷了無線電、雷達掃描、電視信號、衛(wèi)星和移動電話等不同的發(fā)展和應用階段。在20世紀70年代末期，蜂窩無線通訊和個人通訊系統(tǒng)進入快速的發(fā)展階段，這個時期是無線通訊技術發(fā)展的黃金時期，相繼成功達到了第一代蜂窩系統(tǒng)（1G）、第二代蜂窩系統(tǒng)（2G）和第三代蜂窩系統(tǒng)（3G），到目前為止，無線通訊技術已經(jīng)在現(xiàn)代社會中為人們提供了無處不在的移動通訊服務，能夠滿足人們語音通訊、數(shù)據(jù)傳輸、圖像傳送等諸多的需求。無線通訊網(wǎng)絡，顧名思義是利用無線電磁波而非線纜來實現(xiàn)與設備位置無關的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，是現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)發(fā)展的一個非常重要方向。隨著計算機網(wǎng)絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的相互滲透、結合，產(chǎn)生了新型基于無線技術的網(wǎng)絡化智能傳感器的全新概念。這種基于無線技術的新型智能傳感器，使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線線路直接在網(wǎng)絡上傳輸、發(fā)布和共享。無線通訊技術能夠在工廠、野外等環(huán)境下，為各種智能控制設備、移動機器人控制以及各種自動化設備之間的通訊提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)線路和靈活的網(wǎng)絡拓撲結構，在一些特殊環(huán)境下能夠充分的彌補有線網(wǎng)絡的不足，進一步完善了工業(yè)控制的通訊性能。無線通訊技術尤中移動通訊技術的發(fā)展，給無線通訊技術在工業(yè)控制領域的應用提供了堅實的技術基礎，從上世紀80年代就普遍應用的電臺與遠程RTU，到近幾年開始崛起的各種國際標準的中、短程無線通訊技術，此項技術已經(jīng)逐漸滲透入工業(yè)控制領域中了。無線通訊技術已經(jīng)成為現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)技術后工業(yè)控制領域的又一個全新領域，國際主流自動化供應商與專業(yè)生產(chǎn)廠商所推出的無線通訊產(chǎn)品層出不窮，而近幾年來的工業(yè)重點是無線局域網(wǎng)技術與中、短程無線通訊網(wǎng)絡。無線通訊進入工業(yè)控制領域的前景毋庸置疑。目前主流無線通訊技術與標準主要含有WLAN、Bluetooth、Zigbee、WiMax、GSM/GPRS/CDMA等。 常用無線通訊技術原理及應用目前，在工業(yè)自動化領域中無線通訊技術協(xié)議主要內(nèi)容是：對于可用于現(xiàn)場設備層的無線短程網(wǎng)絡，采用的主流協(xié)議是IEEE （例如ZigBee）；對于大數(shù)據(jù)容量的短程無線通訊，則是IEEE ；而對于適應較大傳輸覆蓋面積和較大量信息傳輸?shù)臒o線局域網(wǎng)絡，采用的是IEEE 。其應用的重點是無線短程網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)絡及GPRS/CDMA網(wǎng)絡[3]。（1）無線通訊傳感器網(wǎng)絡（Sensor Networks）現(xiàn)場設備層無線通訊技術迅速進入工業(yè)控制領域，其中一個技術核心是現(xiàn)場總線和無線通訊技術的結合。以Zigbee無限網(wǎng)絡為例，其特點是：1）功耗低：由于工作周期短、收發(fā)信息功耗較低且可以采用休眠模式節(jié)約功耗。2）數(shù)據(jù)傳輸可靠性高：采用了避免碰撞機制技術，同時為需要固定帶寬的通訊業(yè)務預留了專用通道，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突，減少了錯誤和亂碼的幾率。3）網(wǎng)絡容量大：一個Zigbee網(wǎng)絡可以容納一個主機設備和最多65536個從機設備，一個區(qū)域內(nèi)最多可以同時存在