基于双MCU结构的一体化火焰检测监控系统研究

发布时间：2017-11-03 07:12

  本文关键词：基于双MCU结构的一体化火焰检测监控系统研究

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【摘要】：在工业及民用领域中,如电力、机械制造、炼油、化工、轻工及供热供暖等行业需要采用以燃油、燃气或煤炭为燃料的锅炉设备。当锅炉运行时,如果误判炉膛内火焰的燃烧状态,严重时会引起炉膛爆炸,导致生命财产的损失,因此,设计一种可以快速准确判断出锅炉内部实际工作情况的专门检测设备—炉膛安全监控系统(FSSS)是非常有必要的。作为FSSS的核心部件,火焰检测器可以利用传感器部件将炉膛内的火焰信号转换成电信号,经过计算处理获得火焰状态,实时给出锅炉运行状态的外部指示,采用一些安全措施保证火焰检测器的正常运行。本论文根据功能需要,研究设计了一种基于双MCU结构的一体化火焰检测监控系统,其主要工作包括：采用双MCU结构,实现系统任务的分工协作,主MCU负责火焰信号的采集和处理,判断出当前炉膛内火焰的燃烧状态；从MCU完成为人机接口功能,实时显示火焰数值信息,快速响应参数设置操作；主／从MCU互相监控对方的工作状态,保证系统可以正常运行。选用光电二极管作为火焰传感器元件,与多级放大处理电路构成火焰信号采集单元,通过MCU的内置模数转换器(ADC)实现对火焰强度与火焰频率的检测。利用定点运算和查表法简化FFT运算过程,降低资源消耗,提高运算速度,在300ms时间内完成了512个采样点的运算,频率分辨率为1Hz,并计算出火焰强度与频率。采用双路继电器的触点状态作为火焰状态与故障状态指示信号,并且双路继电器在硬件上相互关联,保证系统出现故障时,输出正确的火焰状态。将4-20mA电流作为火焰强度的模拟信号。在人机界面上采用双色数码管区分显示火焰强度和火焰频率,并提供各种状态指示,参数设定有按键或红外遥控两种方式。采用Modbus总线协议和RS-485接口完成与终端计算机的信息交互,通过上位机监控软件实现远程监控与数据采集。采用安全监控电路对主／从MCU的运行状态进行实时监控和故障报警。火焰检测器的电路板采用系统结构化设计,分为前面板、核心控制板和电源及输出控制板三部分,便于工装、调试及维护,通过双排插座和插针构实现连接,缩小了体积,提高了可靠性。本系统可用于检测不同类型的火焰信号,具有动态范围大,实时性强,可靠性高的特点,系统的体积小、成本低。
【关键词】：火焰检测 双MCU FFT FSSS
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK227;TP277
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 火焰检测器概述10-13
• 1.2.1 火焰检测器分类10-12
• 1.2.2 火焰检测器国内外发展现状12-13
• 1.3 本论文研究内容及章节安排13-15
• 2 火焰检测监控系统的方案设计15-19
• 2.1 基本检测原理15
• 2.2 系统设计依据15-16
• 2.3 系统组成16-19
• 3 火焰检测器电路设计19-35
• 3.1 电路组成及功能描述19-20
• 3.2 火焰检测器硬件电路设计20-33
• 3.2.1 双MCU电路20-22
• 3.2.2 信号输入采集处理22-24
• 3.2.3 信号、工作状态及数据输出24-28
• 3.2.4 人机界面28-30
• 3.2.5 安全监控电路30-32
• 3.2.6 电源电路32-33
• 3.3 火焰检测器印刷电路板设计33-35
• 4 系统软件设计35-57
• 4.1 总体软件设计35-40
• 4.1.1 主MCU的总体软件程序设计35-37
• 4.1.2 从MCU的总体软件程序设计37-38
• 4.1.3 主/从MCU的通信程序设计38-40
• 4.2 信号输入采集处理40-44
• 4.2.1 火焰信号的频率计算40-43
• 4.2.2 火焰信号中噪声的抑制43-44
• 4.2.3 火焰强度计算44
• 4.3 系统状态和数据输出44-50
• 4.3.1 火焰燃烧状态的确定44-45
• 4.3.2 双路继电器输出控制及状态回检45-47
• 4.3.3 4-20mA电流输出47-48
• 4.3.4 温度测量48
• 4.3.5 Modbus通信48-50
• 4.4 人机界面50-55
• 4.4.1 数码管显示50-51
• 4.4.2 按键控制51-52
• 4.4.3 外按键信号处理52-55
• 4.5 监控软件设计55-57
• 5 火焰检测监控系统的性能和功能测试57-63
• 5.1 系统功耗57-58
• 5.2 4-20mA电流输出58-59
• 5.3 火焰安全时间的测量59-61
• 5.4 火焰频率测试61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-66
• 附录1 外接排线的定义及连接66-67
• 附录2 火焰检测器的电路布局图67-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 董华,程晓舫,范维澄;早期火灾图像监测技术的应用与比较[J];光学技术;1997年05期

2 石同礼;;火焰检测器在锅炉安全监控系统中的应用[J];黑龙江科技信息;2011年25期

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本文编号：1135151