矿用移动式救生舱温湿度智能监控系统的研究与设计

发布时间：2017-09-24 14:39

  本文关键词：矿用移动式救生舱温湿度智能监控系统的研究与设计

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【摘要】：我国煤矿井下事故频频发生，不仅威胁着工作人员的生命健康，，也造成了巨大的经济损失。对于煤矿井下救生舱的研究应用已经迫在眉睫。本文基于目前救生舱温湿度控制中存在的一些问题，结合模糊理论和PID控制方法进行了救生舱温湿度智能监控系统的研究和设计。 通过对救生舱的舱体结构和材料进行分析，计算出舱壁的传热系数、系统热容、舱内产生的热负荷和湿负荷以及所需制冷剂和除湿剂的量。确定了降温除湿整体方案。 根据救生舱温湿度监控系统的工作原理，并考虑到舱内人员数目、体质及其它原因对热湿负荷造成的干扰，建立了温度对象和湿度对象的数学模型。救生舱温湿度控制系统具有大时滞、时变、非线性及耦合性的特点，常规PID控制难以得到满意的效果。本文引进模糊控制理论，首先通过模糊解耦器对温湿度进行解耦，然后设计模糊自适应PID控制器实现对温度的控制，设计模糊控制器实现对湿度的控制。利用MATLAB对设计的监控系统进行了仿真，结果显示和PID控制器相比，响应速度提高，超调量减小，稳态精度和鲁棒性均有所提高。 设计了系统的总体架构，选用STM32F103ZET6作为核心处理器，对温湿度采集电路（AM2302温湿度传感器）、液晶显示电路（LCD12864液晶屏）、数字钟电路（DS1302）、光耦隔离电路（PC817光电耦合器）、风机驱动电路（L298N驱动芯片、FBL-35/24直流隔爆通风机）、报警电路、最小系统进行了设计，对硬件抗干扰进行了分析。 利用KEILuVision4MDK编译软件进行了温湿度采集、液晶显示、数字钟、风机驱动、智能控制器、抗干扰等模块的应用程序的编写。根据系统运行时间预估舱内剩余制冷剂的量，对目标温度进行调节，争取更长的救援时间。搭建了实验平台，对各模块的功能进行了测试，证实了系统方案设计合理，具有较好的实际应用价值。
【关键词】：移动式救生舱 温湿度 监控 模糊PID
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP277;TD774
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 图清单12-15
• 表清单15-16
• 变量注释表16-19
• 1 绪论19-26
• 1.1 研究背景及意义19-20
• 1.2 救生舱温湿度监控系统研究现状20-22
• 1.3 控制算法选择22-23
• 1.4 救生舱分类及构成23-24
• 1.5 论文主要工作24-26
• 2 救生舱降温除湿方案设计26-37
• 2.1 救生舱传热特性26-30
• 2.2 舱内热负荷计算30-33
• 2.3 舱内湿负荷计算33
• 2.4 降温方案33-35
• 2.5 除湿方案35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 3 系统建模及智能控制策略的研究37-58
• 3.1 温湿度监控系统的结构和工作原理37-38
• 3.2 温度对象的数学建模38-40
• 3.3 湿度对象的数学建模40-42
• 3.4 模糊控制原理42
• 3.5 温湿度智能控制策略的研究42-51
• 3.6 温湿度监控系统仿真51-57
• 3.7 本章小结57-58
• 4 温湿度监控系统硬件设计58-71
• 4.1 系统硬件总体结构设计58-59
• 4.2 微处理器 STM32F103ZET64159
• 4.3 温湿度采集电路59-61
• 4.4 液晶显示电路61-62
• 4.5 数字钟电路62
• 4.6 风机及其驱动电路62-65
• 4.7 声光报警电路65
• 4.8 最小系统设计及管脚分配65-70
• 4.9 硬件抗干扰措施70
• 4.10 本章小结70-71
• 5 温湿度监控系统软件设计71-86
• 5.1 开发环境71-72
• 5.2 温湿度采集模块软件设计72-75
• 5.3 液晶显示模块软件设计75-77
• 5.4 风机驱动模块软件设计77-78
• 5.5 控制方法软件设计78-80
• 5.6 软件抗干扰措施80-81
• 5.7 实验测试81-85
• 5.8 本章小结85-86
• 6 总结与展望86-88
• 6.1 总结86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-91
• 作者简历91-93
• 学位论文数据集93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：911978