本科论文矿用超声波物位传感器设计软件.docx
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本科论文矿用超声波物位传感器设计软件
论文题目:
矿用超声波物位传感器设计(软件)
专业:
自动化
本科生:
张米林(签名)
指导老师:
郭秀才(签名)
摘要
随着科技的进步和煤炭开采自动化程度的提高,煤矿安全检测监控系统为煤矿安全生产发挥了重要的作用。
超声波物位传感器为煤矿安全检测监控系统提供了实时物位数据。
所以超声波物位传感器的研究具有重要的意义。
本设计以STC89C52单片机为核心处理器,有电源模块,超声波模块,温度模块,12864液晶显示模块,报警模块,D/A转换模块,压频转换模块等组成。
测量距离时,先由软件产生40KHz的方波驱动超声波发射探头发射超声波,同时开始计时,通过超声波传播时间即可实现物位的测量。
此外实现了温度的显示,报警等。
最后将物位数据通过D/A转换转换为电压信号,再通过压频转换模块转换为频率信号,实现远距离传输,最后通过上位机显示。
通过实验论证:
该系统电路设计合理,工作稳定,检测速度快,在测量精度方面能达到工业要求,具有重要的现实意义。
关键字:
检测监控,超声波,单片机,传感器,物位
Subject:
ThesensordesignoftheMineultrasonicthinglocation(software)
Specialty:
Automation
Name:
Zhangmilin(signature)
Instructor:
Guoxiucai(signature)
ABSTRACT
Withtheadvancementoftechnologyandincreasedautomationofcoalmining,coalminesafetyinspectionandmonitoringsystemplayanimportantroleinthecoalminesafetyproduction.Ultrasoniclevelsensorprovidesreal-timepositiondataforcoalminesafetyinspectionandmonitoringsystem.Therefore,toresearchonultrasoniclevelsensorhasimportantsignificance.
ThisdesignusesSTC89C52microcontrollerasthecoreprocessor,includepowermodule,ultrasonicmodule,temperaturemodule,12864liquidcrystaldisplaymodule,alarmmodule,D/Aconvertermodule,voltagetofrequencyconversionmoduleandsoon.Whenmeasuringdistance,firstbythesoftwaregeneratesa40KHzsquarewavetodriveultrasonictransmitterprobetransmittingultrasonic,andstartthetimer,canbeachievedbytheultrasonicpropagationtimemeasurementthinglocation,Inadditiontoachievetemperaturedisplay,alarmetc.FinallythinglocationdatathroughtheD/Aconverterconversiontoavoltagesignal,andthenthroughvoltage-frequencyconversionmoduleconvertsthefrequencysignal,toachievelongdistancetransmission,finallythroughthePCdisplay.
Itwasprovedbyexperimentsthatthesystemdesignisreasonable,stable,fastdetectionspeed,measurementaccuracycanmeettherequirementofindustry,hastheimportantpracticalsignificance.
KEYWORDS:
inspectionandmonitoring,ultrasonic,microcontroller,sensor,thinglocation
1绪论
1.1研究的背景及意义
煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的粮食,它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。
虽然石油的应用非常广泛,但石油的储量慢慢减少,石油的应用会越来越少,而煤炭的储量巨大,加上科学的迅速发展,煤炭汽化新技术逐渐成熟,并且应用越来越广泛,煤炭将成为人们生活中的主要能源。
随着科技的进步和煤炭开采自动化程度的提高,煤矿监测监控技术为煤矿安全生产发挥了重要的作用,超声波传感器为煤矿监测监控系统提供实时的物位数据,所以超声波物位传感器的研究具有重要的意义。
但我国煤矿地质构造很复杂,地质条件也很恶劣,使得煤矿的生产中安全生产非常复杂。
这些因素都可能会使超声波物位传感器本身的测量性能无法得到充分的发挥。
如何消除或避免这些不利因素影响,并解决超声波电路方面的难题,提高超声波物位传感器的测量性能,成为国内外诸多学者的研究热点。
1.2国内外发展趋势及研究现状
近些年中国煤炭行业迅猛发展,已成为世界产煤第一大国。
随着国家对煤矿企业的安全生产的要求不断提高以及企业自身的发展,我国的很多煤矿陆续装备矿井监测监控系统。
这使得煤矿的安全生产有了很大的提高。
我国的监测监控系统的应用比较晚,通过长期的实践和引进外国的技术,通过消化并结合我国煤矿的实际情况,先后研制出了KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等监控系统。
物位传感器为煤矿安全监控系统提供实时物位数据,它的可靠性和稳定性是煤矿监测监控系统的关键技术和产品。
虽然超声波物位传感器产品在很多地方已经开始应用,但在超声物位测量技术方面,仍有很多问题需要研究解决。
比如超声波发射的稳定性不易控制,超声波易受到环境温度、噪声、湿度等因素的影响。
随着国家超声波技术研究的不断深入,再加上其具有的高精度,无损,非接触等优点,超声波的应用变的越来越普及,根据超声波原理制成的测量仪器也越来越多。
1.3课题主要内容
本设计以STC89C52单片机为核心处理器,有电源模块,超声波模块,温度模块,12864液晶显示模块,报警模块,DA/压转换模块,频转换模块等组成。
通过超声波发射器向某一方向发射超声波,单片机在发射的同时开始计时,当超声波遇到障碍物反射回来,超声波接受器接受到反射超声波时单片机停止计时,超声波在空气中的传播速度v,根据传播时间t计算出发射点距离障碍物的距离。
将所测的距离用12864液晶显示,同时显示温度,温度的测量主要是考虑到温度对声速的影响,把温度加入到相关函数,使得测量更准确。
最后把物位数据通过D/A转换模块转换为电压信号,再通过压频转换模块转换为频率信号,实现远距离传输。
2监测监控系统的概述
在人类的发展过程中,一方面人类要认识世界,另一方面人类要改造世界。
在科学实验和工业生产过程中,需要对被控对象的一些参数进行“检测”,获得表征它们的有关信息,这样就可以对被测的对象进行宏观了解和定量。
此外,还需要依据结果并用一定的方法去“控制”被控对象的一些参数,以便能稳定,快速,准确地达到目标。
2.1监测监控系统的基本概念
监测测监控系统就其功能而言,一是“测”,也就是检测被控制的变量,二是“控”,也就是根据检测到的参数去控制执行机构;就其技术而言,监测监控系统是传感器技术,通信技术,计算机技术,控制技术,计算机网络技术等信息技术的综合;就其应用而言,监测监控系统是现代化的生产和管理的有利工具,广泛应用于国民经济的各个领域,如化工,冶金,纺织,能源,交通,电力和城市公共事业的自来水,供热,排水,医疗等,在科学研究,国防建设和空间技术中的应用更是屡见不鲜;就其组成而言,监测监控系统是分布式的计算机管理系统;就其地位而言,监测监控系统是企业综合自动化CIMS中的子系统,是计算机网络中的节点;就其理论基础而言,监测监控系统是维纳提出的控制论,香农提出的信息论,贝塔朗菲提出的系统论的综合与实践。
2.2监测监控系统的分类与组成
2.2.1监测监控系统的分类
(1)检测系统
一般用来对被测对象中的一些物理数据进行测量,获得测量数据。
(2)控制系统
通过控制器指挥执行机构控制被控对象。
(3)测控系统
依据被控对象的被控参数的检测结果,按照人们预期的目标对被控对象实施控制。
2.2.2监测监控系统的组成
(1)被控对象
被控对象是指被控制的装置或设备。
被控变量c(t)则是影响系统安全性,经济性,稳定性的变量。
(2)检测单元
检测单元是通过传感器测出被控对象变量,为控制器提供所需的控制信号y(t)。
(3)控制器
通过将检测到的信号y(t)和原始的信号x(t)相比较得到偏差信号e(t),再通过一定的算法得出控制信号u(t),为执行机构准备。
(4)执行机构
执行机构是执行控制信号u(t),从而改变控制的变量g(t),使得被控变量c(t)回到设定数值。
2.3传感器在监测监控系统中的作用
传感器利用各种物理效应,化学效应以及生物效应把被测的非电量转换成电量,为监测监控系统提供实时的数据,实现对被控对象的控制。
本设计是矿用超声波物位传感器的设计,即通过超声波传感器检测煤仓中煤位的高度。
在工业中,皮带机不停的向煤仓中加煤,由于煤仓较高,而且内部环境非常复杂,煤位检测用非接触式的超声波传感器比较合适,所以用超声波传感器检测煤位,当煤位超过一定的高度时,必须要停止皮带机,否则会发生严重的后果。
3超声波物位传感器概述
超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如汽车倒车,建筑施工工地,液位,井深,管道长度等一些工业现场的位置监控场合,可以利用超声波传感器测出它们的距离。
利用超声波检测,往往比较迅速,方便,并且计算简单,易于做到实时控制,因此,超声波测距应用比较广泛。
超声波的发生器分为两大类:
一是用电气的方式生成超声波;另一是用机械的方式生成超声波。
电气方式包括压电型,电动型等;机械方式有加尔统笛,液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波频率,功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。
目前在近距离测量中较为常用的是压电式的超声波物位传感器。
压电式的超声波物位传感器就是用压电晶体谐振工作的。
压电式的超声波物位传感器主要包括共振板和压电晶片。
在它的两极加上脉冲信号时,若脉冲信号的频率与压电晶片固有频率相等时,压电晶片就会共振,从而使共振板开始振动,这样就产生了超声波。
反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接受到超声波时,将压迫压电晶片振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接受器了。
3.1超声波物位传感器的原理
振动在弹性介质内的传播称为波动,简称波。
频率在16~2×104Hz之间,能为人耳所闻的机械波,称为声波;低于16Hz的机械
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- 本科 论文 超声波 传感器 设计 软件