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1、毕业设计说明书导爆索数据采集、处理系统设计学生姓名： 学号： 0805014102 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 指导教师： 2012 年 6月导爆索数据采集、处理系统设计摘要导爆索是传递爆轰波的一种爆破器材，用来传爆或引爆炸药装药，是工程爆破中广泛使用的一种爆破器材。导爆索爆炸时爆轰波传播的速度称为爆速。测得导爆索的爆速，便可以求出其它爆轰参数，比如爆压，冲击波持续时间等。目前，对于导爆索爆速测试的方法有很多，但是由于测试的特殊性及测试环境条件的限制，现有的测试方法存在着许多问题，所以迫切需要一种新型的更符合导爆索爆速的特点来进行爆速的采集、处理系统。导爆索的爆
2、速一般在7000左右，所以高速数据采集的速度和精度是数据采集系统发展的两个主要方向。本文介绍了导爆索爆速的测试方法及数据采集系统的国内外研究现状和发展趋势，对本系统的主要芯片进行了选型。本文提出了用光纤作为爆轰波光信号的采集和传输介质，用光电探测器将光信号转换为电信号，用单片机系统对信号进行处理分析得出光信号通过两光纤探针的时间差，已知两光纤之间的距离，即可计算出爆速。利用光纤作为传感器，采用单片机AT89C51来代替数据采集卡和计算机组成的数据处理系统，不但节约了成本，而且使系统的调试大大简化。同时，对系统的软硬件设计进行了详尽的阐述，试验证明该系统具有抗电磁干扰、操作简单、成本低、灵敏度高
3、等优点。关键词：爆速，光纤探针，单片机AT89C51，电压比较器，LCDDesign of data acquisition and processing system of detonating cordAbstractDetonating cord, a kind of blasting gear transmitting detonation wave, is widely used in engineering blasting. It is used for propagation of explosion or detonation of explosive loading. Th
4、e transmitted velocity of detonation wave generated by the explosion of detonating cord is known as detonation velocity, which is considered to be the most important detonation parameter. If the detonation velocity of detonating cord was measured, other detonation parameters can also be figured out,
5、 such as detonation pressure, duration of shock wave, and so on. At present, there are many ways of testing detonation velocity of detonating cord; however, all of them have many technique problems because of the specificity of tests and the restrains of testing environmental conditions. There is an
6、 urgent need for a new more in line with the characteristics of the detonation velocity of the detonating cord to the detonation velocity of the collection, processing system.In this paper, the photo detector fiber as detonation waves signal acquisition and transmission media, the optical signal is
7、converted to electrical signals, the signal processing analysis of the obtained optical signal by the time of two fiber-optic probe, known to two fiber system the distance between the optical fiber can be calculated detonation velocity. The author suggests to take optical fiber as a sensor, using AT
8、89C51 microcontroller instead of the data acquisition card and computer data processing system, not only cost savings, and greatly simplify the debugging of the system. The test result proved that the system has the advantages of anti-electromagnetic interference, good response characteristics, wide
9、 range of application, high reliability and security, etc.Key words: detonation velocity, fiber-optic probe, AT89C51 microcontroller, Voltage comparator, LCD中北大学2012届毕业设计说明书目录1绪论11.1本课题研究的背景11.2国内、外技术研究现状21.2.1爆速测试在国内、外研究现状21.2.2高速数据采集及处理的研究现状31.3本文主要研究内容52导爆索爆速数据采集的整体方案52.1爆速数据采集系统的工作原理52.2数据采集、处理系
10、统的总体设计63系统硬件电路的设计83.1信号采集模块设计83.1.1光纤的传光原理83.1.2光纤探测器的选取93.1.3光电信号转换模块103.2信号处理模块设计113.2.1电压比较与整形电路113.2.2单片机原理163.2.3单片机外部采集电路设计183.2.4单片机显示电路设计193.3本章小结204软件设计214.1信号采集计时原理214.2本章小结225系统仿真与硬件调试235.1概述235.2软件仿真实验235.3硬件电路模拟实验255.4误差分析285.5本章小结286总结29附录30参考文献36致谢38第 II 页 共 II 页1绪论1.1本课题研究的背景导爆索也叫导爆线
11、，是用来传递爆轰波并直接引爆炸药的爆破器材。导爆索结构如图 1.1 所示，它一般是由棉线或麻线包缠猛炸药和芯线，在其表面涂上防潮剂制成。常用的猛炸药可以用泰安、黑索金、奥克托今、或特屈儿和雷汞混合物等。导爆索按其结构可分为棉线导爆索、塑料导爆索两类。二者的主要区别是：前者是以沥青为防潮层，后者外层涂覆热塑性塑料包层1。图1.1 导爆索结构图1）芯线；2）黑索金或太安；3）内线层；4）中线层；5）沥青；6）纸条层；7）外线层；8）涂料层；9）防潮帽或防潮层近年来，数据采集及应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统也迅速的得到应用。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监
12、视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一2。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。在导爆索爆轰参数中爆速是最重要的参数，因为装药条件一定时，导爆索爆速的大小基本上可以反映炸药能量的大小。导爆索对周围介质的粉碎能力主要取决于它的爆速。如果已知导爆索的爆速，便可以计算出爆轰波的爆温、爆压、冲击波持续时间等。研究爆速与爆炸条件和装药条件之间的关系可以为爆轰机理、爆炸产物状态方程以及导爆索质量等方面的研究提供重要依据。在爆轰波计算的
13、参数中，爆速是唯一能够准确测量的参数3。因此，研究导爆索爆速无论对于改进导爆索产品的质量，还是在精确计算炸药使用量，以及产品的质量检测方面都具有重要的指导意义，可以更好的发挥导爆索在工业和军事中重要作用4。数据采集处理模块是光纤爆速测试系统的核心部分，主要功能是实现爆轰波传播时间的高精度测量。利用塑料光纤作为传感器，采用单片机AT89C51来代替数据采集卡和计算机组成的数据处理系统，不但节约了成本，而且使系统的调试大大简化5。单片机具有体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点,广泛应用于现代工业的各个行业6。同时，对系统的硬件设计进行了详尽的阐述，该系统具有抗电磁干扰、测试安全、操作简单、
14、成本低、灵敏度高等优点。1.2国内、外技术研究现状导爆索爆速是爆轰波在导爆索中传播的速度，它是导爆索最重要的爆轰参数之一。一般导爆索的爆速为6000m/s7500m/s。普通情况下，要求塑料导爆索的爆速大于6900m/s，棉线导爆索的爆速大于6000m/s7,8。导爆索的爆速直接影响射孔器性能的发挥。1.2.1爆速测试在国内、外研究现状目前在国内外对导爆索爆速的测试方法有很多，主要有电探针测试法、高速摄影法、光电测试法等9-11。(1)电探针测试法导爆索爆速测试的国家标准中，爆速仪的测试原理就是应用的电探针测试方法，用电子计时仪记录爆轰波通过两点的时间间隔，在导爆索上选定A、B两点或多点，各插
15、入一对探针，导爆索炸药爆炸时产生的爆轰波到达A点时，由于高温高压的爆轰产物的作用，而导通了第一对探针,产生的第一个高电位脉冲信号，打开计数门，计时器开始计时，当爆轰波达到B点时，又使第二对探针导通，形成停止信号，产生的第二个高电位脉冲信号，关闭计数门计时器停止计时，已知两点之间的距离，根据这个时间间隔，即可计算出两点间的平均爆速。(2)高速摄影测试法高速摄像系统是一种出现于20 世纪的全新的高速瞬发过程的测试记录手段。随着电子技术，微加工技术，计算机技术以及新型传感器和大容量存储技术的发展，高速摄像系统的性能得到了大幅度提高，特别是现代高速CCD 摄像机。通过CCD 摄像头直接将模拟图像转化为数字化图像然后存储到磁盘或存储模块同时由监视器显示，工作结束后即可及时地慢速重放，这样可以及时发现拍摄中存在的问题并及时处理，减少了无谓的浪费，节约实验所需要的时间及人力物力财力。高速摄影是用照相的方法记录运动过程或快速反应过程。它把空间信息和时间信息一次记录下来。如果用高速摄影法来测试导爆索爆速的话，按一般7000m/s的速度
