矿用瓦斯浓度检测系统的研究与设计

发布时间：2017-09-24 12:15

  本文关键词：矿用瓦斯浓度检测系统的研究与设计

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【摘要】：在我国,国民经济建设的主要动力能源是煤炭。瓦斯是一种无色、无味、无嗅、可以引起爆炸或燃烧、可以使人窒息死亡的气体,形成与成煤过程中,是煤炭衍生的伴生物。在煤炭开采过程中,瓦斯会伴随着煤体的采掘而涌出,甲烷是瓦斯气体的主要成分。为了避免煤矿事故的发生,必须加强对井下甲烷气体浓度的监测。 本文研究并设计了一种基于ARM的矿用瓦斯浓度检测系统,实现了对矿井下的温度、湿度以及瓦斯浓度的检测。从主控制器到传感器及元器件的选型,信号采集处理电路、A/D转换电路、外部存储电路、人机交互及通信电路的设计完成了系统硬件电路的设计,软件部分则利用ADS1.2嵌入式集成开发环境和H-JTAG仿真调试工具,通过C和C++语言分别对瓦斯浓度检测、温度检测、湿度检测、存储模块以及显示部分等子模块进行编程,最终完成整个系统软件的设计。整个系统经过软硬件综合调试后运行良好,瓦斯浓度、温度和湿度值能实时显示,设计结果达到了预期的指标。本系统便于井下人员及时掌握当前作业区的瓦斯浓度及温湿度的信息,从而可以尽早发现危险因素,并及时采取有效的防范措施,避免矿难的发生。
【关键词】：瓦斯浓度检测 甲烷 嵌入式 监测 ARM
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.55
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 选题背景及意义9
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势9-11
• 1.2.1 国内外研究概况9-10
• 1.2.2 发展趋势10-11
• 1.3 矿用瓦斯浓度检测系统开发的现实意义和应用前景11
• 1.4 论文的主要工作11-12
• 1.5 本章小结12-13
• 2 矿用瓦斯浓度检测系统的总体设计13-17
• 2.1 系统实现的功能及技术指标13
• 2.1.1 系统实现功能13
• 2.1.2 技术指标13
• 2.2 系统设计原则13-15
• 2.2.1 硬件部分13-14
• 2.2.2 软件部分14
• 2.2.3 防爆仪表设计原则14-15
• 2.3 整体设计方案15-16
• 2.3.1 设计方案15
• 2.3.2 硬件框图15-16
• 2.3.3 工作原理16
• 2.4 本章小结16-17
• 3 硬件设计17-34
• 3.1 主控制器与瓦斯检测传感器的选择17-20
• 3.1.1 主控制器的选择17-18
• 3.1.2 瓦斯浓度感器的选择18-20
• 3.2 S3C2440A的外围电路设计20-23
• 3.2.1 电源部分20-22
• 3.2.2 时钟部分22
• 3.2.3 复位部分22-23
• 3.3 信号采集处理电路23-26
• 3.3.1 瓦斯传感器加热及其信号采样电路23-24
• 3.3.2 矿井温度信号采样电路24-25
• 3.3.3 矿井湿度采样电路25-26
• 3.4 温湿度补偿电路26-27
• 3.5 A/D转换模块27
• 3.6 外部存储/时钟模块27-29
• 3.6.1 I~2C总线简介27-28
• 3.6.2 数据存储模块28-29
• 3.6.3 实时时钟模块29
• 3.7 人机交互及通信部分29-33
• 3.7.1 LCD显示模块29-30
• 3.7.2 声光报警模块30-31
• 3.7.3 串行通信模块31-33
• 3.7.4 JTAG接口电路33
• 3.8 本章小结33-34
• 4 软件设计34-49
• 4.1 嵌入式实时操作系统Linux34-35
• 4.1.1 Linux选择的依据34
• 4.1.2 Linux简介34
• 4.1.3 Linux系统内核编译34-35
• 4.2 Boot Loader及U-Boot35-36
• 4.2.1 Boot Loader35
• 4.2.2 Boot Loader之U-Boot35-36
• 4.3 软件开发环境和调试工具36-37
• 4.3.1 ADS1.2集成开发环境简介36-37
• 4.3.2 JTAG仿真器及调试37
• 4.4 滤波算法37-38
• 4.5 系统软件总体设计38-39
• 4.6 瓦斯浓度检测子程序39-41
• 4.7 温度检测子程序41-43
• 4.8 湿度检测子程序43-45
• 4.10 外部存储子程序45-46
• 4.11 人机交互及通信子模块46-48
• 4.11.1 显示子程序46-47
• 4.11.2 串行通信子程序47-48
• 4.12 本章小结48-49
• 5 系统调试与结果分析49-53
• 5.1 整机调试49-51
• 5.1.1 系统硬件调试49-50
• 5.1.2 软件调试50-51
• 5.2 设计结果51-52
• 5.3 本章小结52-53
• 6 结论53-55
• 6.1 结论53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文57-58
• 致谢58-60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 蒋斌;魏立峰;曹顺;;煤矿瓦斯监测无线传感器网络系统设计[J];微计算机信息;2008年31期

2 陈鼐;于盛林;;基于ARM的LCD模块接口设计及MiniGUI实现[J];仪器仪表学报;2007年S1期

3 王磊,易顺勇,张德强;煤质工业分析仪智能分析系统的设计[J];自动化与仪表;2004年02期

4 童敏明,杨胜强,田丰;新型瓦斯传感器关键技术的研究[J];中国矿业大学学报;2003年04期

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本文编号：911340