煤矿突水监测 数据采集 现场可编程门阵列 CAN总线论文.docVIP

煤矿突水监测论文：基于FPGA的煤矿突水监测数据采集系统的设计 【中文摘要】煤矿突水灾害一直是困扰和制约煤炭生产的五大灾害之一。随着我国多数煤层的开采进入深层位,开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大,近年来煤矿水害一直呈高发趋势。针对当前煤矿开采过程中突水监测参数单一、动态监测不够完善的状况,本论文提出了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)技术的多参数煤矿突水监测数据采集系统设计方案。论文首先讨论了FPGA的技术特点和基本结构,选定了Altera公司的Cyclone EP1C6Q240C8芯片作为系统数据处理和控制核心。接着介绍了FPGA的典型开发流程、Verilog硬件描述语言(Verilog HDL)、QuartusⅡ综合设计平台和ModelSim仿真工具。另外,由于井下环境恶劣、突水监测点随机,系统采用了CAN总线技术实现与上位机通信。在基本理论部分,通过分析研究煤矿突水灾害的预警原理,提取了煤矿突水前变化较为明显的四种物理量：温度、应力、应变、水压作为监测对象。同时,简要介绍了数据采集技术和井下监测系统的设计原则。论文的硬件设计部分对系统的关键因素：电源、时钟、AD转换、CAN... 【英文摘要】The coal mining water inrush is one of the five coal mine disasters, which invariably perplex and limit the coal production. With the majority of our coal seam mining into the Deep place, mining depth, mining strength, mining speed, mining scale of the increase and expansion, water inrush disaster has shown a trend of high, in recent years. For the imperfect situations, that the water inrush monitoring parameters is single and the deficiency of dynamic monitoring, this paper studies a novel water inrush mul... 【关键词】煤矿突水监测 数据采集 现场可编程门阵列 CAN总线 【英文关键词】coal mining water inrush monitoring data acquisition FPGA CAN bus 【目录】基于FPGA的煤矿突水监测数据采集系统的设计 摘要 3-5 ABSTRACT 5-7 第一章 绪论 11-15 1.1 课题背景及研究意义 11-12 1.2 煤矿突水监测研究现状及其发展趋势 12-13 1.3 主要任务和内容概要 13-15 1.3.1 主要任务 13 1.3.2 内容概要 13-15 第二章 相关技术研究 15-29 2.1 FPGA技术 15-22 2.1.1 FPGA简介 15-16 2.1.2 FPGA的基本结构 16-20 2.1.3 FPGA的典型设计流程 20-22 2.2 硬件描述语言 22-23 2.3 开发平台简介 23-25 2.3.1 Quartus Ⅱ综合设计平台 23-24 2.3.2 Modelsim仿真工具 24-25 2.4 CAN总线技术 25-27 2.5 本章小结 27-29 第三章 突水监测数据采集系统设计的基本理论 29-37 3.1 煤矿突水的基本理论 29-33 3.1.1 突水模式 29-31 3.1.2 被监测对象的选定 31-33 3.2 数据采集技术 33-34 3.2.1 数据采集系统的基本组成 33-34 3.2.2 奈奎斯特采样定理 34 3.3 井下监测系统的设计原则 34-35 3.4 本章小结 35-37 第四章 系统的硬件设计 37-59 4.1 硬件电路总体设计 37 4.2 电源电路设计 37-43 4.2.1 电源电路整体设计 37-38 4.2.2 FPGA芯片电源设计 38-42 4.2.3 PLL电源设计 42-43 4.3 时钟电路设计 43-44 4.4 AD转换电路设计 44-50 4.4.1 信号调理电路 44 4.4.2 AD转换芯片介绍 44-47 4.4.3 电平转换芯片介绍 47-48 4.4.4 AD转换模块连接电路 48-50 4.5 下载电路设计 50-52 4.5.1 JTAG接口电路 50-51 4.