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深孔水位监测装置的设计

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摘 要

ABSTRACT

目 录

Contents

1 绪 论

1.1 测量方法的研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 水文监测系统的发展趋势

1.3.1 传感器设备集成化

1.3.2 自动化设备智能化

1.3.3 三维可视化

1.3.4 向物联网和云计算发展

1.4 主要研究内容及具体工作

1.5 章节安排

2 深孔水位监测装置总体设计

2.1 深孔水位监测装置功能设计

2.2 深孔水位监测装置结构设计

2.3 深孔水位监测装置设计

2.3.1 传统测量技术分析

2.3.2 基于深孔水位监测装置的测量方法设计

2.3.3 数据处理平台

2.3.4 数据传输方式选择

2.3.5 供电方式选择

2.4 本章小结

3 深孔水位监测装置硬件设计

3.1 数据采集模块及其电路设计

3.1.1 水位开关设计

3.1.2 编码器的选择及其电路设计

3.1.3 驱动电机选择及电路设计

3.1.4 温度传感器电路设计

3.2 时钟电路设计

3.3 存储电路设计

3.4 液晶显示模块电路设计

3.5 通信模块设计

3.5.1 GU900简介

3.5.2 GU900通信模块电路设计

3.5.3 SIM卡电路设计

3.6 电源电路设计及其它电路设计

3.6.1 电源电路设计

3.6.2 人机接口设计

3.7 本章小结

4 深孔水位监测装置软件设计

4.1 软件总体结构设计

4.2 测量系统主程序

4.3 测量系统各子程序介绍

4.3.1 系统初始化子程序

4.3.2 温度采集程序

4.3.3 水位开关数据采集

4.3.4 编码器信号采集

4.3.5 SD卡初始化存储子程序

4.3.6 实时时钟中断子程序

4.3.7 键盘扫描子程序

4.3.8 GPRS通信协议

4.3.8.1 AT指令介绍

4.3.8.2 GSM模块程序设计介绍

4.4 上位机监测软件设计

4.5 本章小结

5 深孔水位监测装置系统实验与数据分析

5.1 实验系统示意图

5.2 实验测试

5.3 测试结果

5.4 测量结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间主要研究成果

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摘要

我国是传统煤炭大国,煤炭等矿产能源的安全开采,对国家生产和人民生活有着深远的影响。随着我国科学技术水平的提高,矿井水文监测系的先进水位监测技术成井喷式的发展,尤其在深孔水位测量领域,越来越多的先进传感器监测技术和数据传输方法在深孔水位测量中得到了应用和发展。随着我国对矿业的安全生产越来越关注,建立一套安全规范的深孔水位测量系统,对矿业安全生产的意义十分重大。
  本文通过对国内外相关成熟的液位测量方案进行对比分析,设计了一种深孔水位监测装置,并基于该装置设计了一种新型的钻孔水文监测系统。该系统首先通过电容式开关探头及编码器采集钻井液位信息,然后经过STM32F4微控芯片对液位数据进行处理,最后将处理后的水位数据通过GPRS无线传输网络传输到监控中心服务器的数据库中。计算机软件将水文数据以报表及曲线的形式呈现给监测人员。当水位异常时,系统发出声光报警的同时,并向相关责任人发送报警信息。同时该系统还可以通过监控中心发送控制命令,修改测量仪的测量时间间隔、日期等相关参数,对深孔水位的监测具有重要的意义。
  本文首先对现有的水位监测方案和研究现状进行分析,并对深孔水位测量系统的未来发展趋势做出了预测。通过对比不同的水位测量方案分析优缺点后,提出了一种基于深孔水位监测装置的水文测量方案。根据课题要求,对系统的硬件及软件结构进行了分析和设计,并在实验室模拟的搭建了测试平台,通过实验测试,验证了方案的可行性,并通过实验结果对系统的测量误差进行了总结和分析。

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