基于CAN总线的瓦斯监控系统设计

发布时间：2017-05-08 06:29

  本文关键词：基于CAN总线的瓦斯监控系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：改革开放以来,国家的经济不断发展,煤炭是支撑经济快速发展和保障人民 生活质量的基本能源。近年来,煤矿事故频发,其中瓦斯爆炸事故最为频繁,造 成伤亡最多,带来的经济损失最大。因此煤矿瓦斯监测在煤矿安全中具有举足轻 重的地位,目前国内的瓦斯检测仪大多是采用载体催化型原理的气体传感器,它 虽然具有结构简单,价格便宜,易于使用的特点,但是存在着检测精度低,测量 范围窄,校准频率高,催化剂“中毒”等严重缺陷,在向监控分站上传数据的时 候使用的是模拟信号,故而在电磁设备较多的矿井环境下十分容易受到干扰,易 出现误报,严重影响了煤矿的正常开采。因此,开发新型的精度高,稳定性好, 测量范围广的瓦斯检测仪,使用传输方式可靠性高的瓦斯监控系统是解决这些问 题的关键。本文在对现有的几种气体传感器进行调研,比较优缺点的前提下,选择合适 的气体传感器。并且在可靠性好,精度高,低成本,便于扩展的前提下,确定了 瓦斯检测仪软硬件平台,编写了监控分站的上位机软件,满足矿下瓦斯监控的需 要。本文设计并实现了一种基于STM32F103RC的瓦斯检测仪,包括供电模块,存 储模块,红外模块,CAN数据模块等。使用STM32F103RC作为处理器,移植了 UCOS-Ⅱ实时操作系统,瓦斯检测仪对采集到的数据进行处理将信息存储于本地 并且输出模拟信号和数字信号,使用CAN模块进行与上位机的通讯。最后用 LABVIEW编写上位机软件,进行实时监控和数据的处理。在完成软硬件设计后,对整个系统进行了调试,在实验室环境下证明了数据 能够正确地被采集,处理,保存,并且满足了设计的要求,具有良好的实时性和 可靠性。
【关键词】：瓦斯 检测仪 监控系统 UCOS-Ⅱ 嵌入式
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.55;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 瓦斯监控系统的研究背景和意义10-11
• 1.2 瓦斯检测仪的分类与现状11-13
• 1.2.1 瓦斯传感器的分类11-13
• 1.2.2 我国瓦斯检测仪的发展现状13
• 1.3 瓦斯监控系统13-15
• 1.3.1 我国煤矿瓦斯监测系统的发展现状13-14
• 1.3.2 目前监控系统的缺陷14
• 1.3.3 监控系统未来发展趋势14-15
• 1.4 主要研究内容和论文结构安排15-18
• 1.4.1 论文的主要研究内容15-16
• 1.4.2 论文的结构安排16-18
• 第二章 非分光红外的基本原理18-24
• 2.1 色散型(分光型)与非分光型18-19
• 2.2 基本原理19-20
• 2.3 瓦斯浓度的计算20-22
• 2.4 温度补偿22
• 2.5 本章小结22-24
• 第三章 瓦斯监控系统的相关技术和整体架构24-32
• 3.1 嵌入式系统24-27
• 3.1.1 嵌入式系统的特点24-25
• 3.1.2 前后台系统25
• 3.1.3 实时操作系统25-27
• 3.2 CAN总线技术27-28
• 3.2.1 CAN总线简介27
• 3.2.2 CAN总线的特点27-28
• 3.3 瓦斯监控系统28-31
• 3.3.1 基于CAN的瓦斯监控系统架构28-30
• 3.3.2 瓦斯检测仪的具体功能30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 瓦斯检测仪的硬件设计32-42
• 4.1 选用芯片介绍32-34
• 4.1.1 STM32系列介绍32-33
• 4.1.2 STM32F103介绍33-34
• 4.2 系统组成34-35
• 4.2.1 CAN总线系统结构34-35
• 4.2.2 瓦斯传感器的系统结构35
• 4.3 功能模块介绍35-40
• 4.3.1 MCU电路35-36
• 4.3.2 电源模块36-38
• 4.3.3 显示模块38
• 4.3.4 红外遥控模块38-40
• 4.3.5 下载模块40
• 4.4 本章小结40-42
• 第五章 瓦斯检测仪的软件设计42-58
• 5.1 系统软件架构42-43
• 5.2 KEIL MDK简介43
• 5.3 UCOS-Ⅱ内核移植43-48
• 5.4 应用软件设计48-57
• 5.4.1 任务划分49-50
• 5.4.2 资源分配50
• 5.4.3 主函数50-51
• 5.4.4 start_task任务51-52
• 5.4.5 浓度计算相关任务52-54
• 5.4.6 红外遥控任务54-56
• 5.4.7 温度查询任务56-57
• 5.4.8 其他任务57
• 5.5 本章小结57-58
• 第六章 上位机软件开发58-72
• 6.1 上位机软件的设计模型58-59
• 6.1.1 状态机58-59
• 6.1.2 瓦斯监控系统状态流程图59
• 6.2 CAN总线通信协议59-62
• 6.2.1 数据填充方式60-61
• 6.2.2 仲裁段定义61-62
• 6.2.3 设备寻址方式62
• 6.3 上位机软件设计62-66
• 6.3.1 初始化62-63
• 6.3.2 CAN总线通信63-64
• 6.3.3 数据存储64-65
• 6.3.4 历史记录查询65-66
• 6.4 软件测试66-70
• 6.5 本章小结70-72
• 第七章 总结与展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果77

【参考文献】

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本文编号：350576