煤炭资源作为我国最重要的能源矿产资源之一,其开采量巨大,在国内能源的消费占比非常高。煤矿资源维系着国家命脉,对国民经济发展具有重大意义,煤矿生产条件和生产安全也因此成为至关重要的一环。现如今,煤矿井下的作业环境已有较大改善,但由于环境特殊,作业情况错综复杂,矿井内仍有较多的安全隐患而煤矿运输作为维系各工作单位及上下井之间联系的枢纽,矿井运输安全水平亟待提高。为了协助驾驶员安全行车,需设计一种适用于煤矿环境条件的倒车预警系统,以协助驾驶员获取周围信息。在矿井内光线条件差、空气中的灰尘和烟雾等杂质较多、作业面情况各有所异的条件下,抗干扰能力强、对环境适应性好的超声测距方式脱颖而出。传统倒车预警系统中的脉冲升压变压器线圈在提高驱动电压的同时其产生的能量大大超过瓦斯爆炸点燃能量的限制,无法满足矿井作业的防爆要求。为了确保其在爆炸性环境能够安全稳定运行,需要对整体电路进行本安化设计,研制出一套安全可靠的矿用本安超声倒车预警系统。本课题对从超声波特性、超声波测距方法、超声波衰减吸收及超声换能器的发展等方面进行全面分析;同时对煤矿井下作业防爆要求对应的本质安全理论进行阐释,从电气放电形式、基本电路的放电规律、本安电路的电弧放电数学模型、本安电路的电火花能量及本安电路的非爆炸性评价方法等方面透彻分析,为电路本安设计提供了参考。对矿用本安超声测距系统进行了详细的方案设计,分析计算了传统中周变压器驱动电路在爆炸性环境下的危害性,设计了无变压器驱动方案并验证了其本安性能;对数据通信常用的两种总线模式进行分析和对比,并确定了基于LIN总线的通信方案;设计通道选择模块以实现多通道的协同检测,确保测距系统能在不同的场合能正常发挥其测距预警作用;设计辅助电路以实现报警功能和距离显示,完善测距系统辅助功能,将测距信息实时反馈给驾驶人员。介绍了本安超声倒车预警系统所需的软件开发环境,对超声测距系统的结构功能进行分析设计,并对主控单元原理及结构进行研究和设计;设计了基于测距芯片的超声收发电路,通过软件设计调整和确定测距参数,使其能够可靠完成超声波发射和回波接收任务;设计了系统测距流程,使本安超声倒车预警系统能够正确按照指令发挥其测距和预警功能。搭建矿用本安超声倒车预警系统的实验平台,对LIN总线通信接口进行测试,以确保通信模块的正常工作;通过边沿捕捉实验提高了测距系统测量的准确性并降低了实验误差;在不同条件下进行超声测距实验,并在排除干扰后取得了符合要求的测距结果;使用不同频率的超声换能器进行测距实验,并对其效果进行对比;最后使用58KHz超声换能器进行系统的测距及可靠性实验,可实现250～2700mm范围内的有效距离测量,测距盲区小,测量误差在±30mm内,完全满足倒车预警需求。本课题研究设计的矿用本安超声倒车预警系统为提高矿井运输安全提出了一种行之有效的方案,该系统测距效果良好,反应速度快,可靠性强,对指导煤矿生产运输安全具有重要的借鉴意义。