煤矿气体检测仪表的研究与开发

发布时间：2017-05-22 20:20

  本文关键词：煤矿气体检测仪表的研究与开发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿中含有大量的CH_4(甲烷)及CO(一氧化碳)等易燃易爆气体,发生事故后会造成巨大的经济损失,甚至危及矿工的生命。所以,对矿井中气体进行快速准确地检测显得尤其重要,对易燃易爆混合气体检测仪表的研究和开发也一直是人们关注的问题。本课题是国家S863项目“易燃易爆气体检测微系统(No.2003AA404180)”的一部分,目的是为煤矿井下提供一种低功耗的智能仪表,该仪表能快速检测混合气体,保障矿工安全,减少事故发生。 本文应用神经网络算法,设计并制作了用于检测CH_4和CO及其混合气体的两种智能仪表。这两种仪表的主体电路均由气体传感器、加热电源模块、温湿度传感器、时钟模块、单片机、显示器、数据存储器、串口通讯八部分构成。其中的气体检测仪表所使用的气体传感器和温度传感器由该S863项目负责单位中国电子科技集团公司第四十九研究所研制的。两种仪表的区别在于一种仪表是基于气体传感器阵列工作在恒压加热方式,而另一种是基于单个气体传感器但是工作在脉冲加热方式以减少功耗。 在本文研制的气体检测仪表中,分别将气体传感器信号、温度信号经A/D转换成电信号输出;采用TI公司的16位MSP430F149单片机测量气体浓度信号、计算温湿度,应用神经网络实现混合气体浓度的量化分析,在气体浓度超出设定报警阈值时,给出声光报警;为防止掉电数据丢失,利用闪速存储器AT45DB161B存储报警阈值、数据采样原始信号和气体浓度等重要数据;在PC机控制模式下,实现数据远传;外部按键完成报警阈值设定等操作;利用液晶显示气体浓度、温湿度和报警阈值等信息。此外,本文还对功耗进行了分析讨论,给出了软硬件设计方案。
【关键词】：智能仪表 气体传感器阵列 混合气体分析 脉冲加热 单片机
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TD712.55
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 煤矿气体检测仪表概述9-11
• 1.2 煤矿气体检测仪表的国内外发展状况11-12
• 1.3 开发煤矿气体检测仪表的现实意义和应用前景12-13
• 1.4 本文开展的主要工作13-15
• 2 煤矿气体检测仪表的设计要求及设计原理15-22
• 2.1 设计要求15-16
• 2.1.1 技术指标要求15
• 2.1.2 隔爆仪表设计要求15-16
• 2.1.3 仪表的功能16
• 2.2 设计原理16-22
• 2.2.1 气体传感器的选择16-17
• 2.2.2 气体传感器的气敏特性17-18
• 2.2.3 气体传感器的温湿度特性18-19
• 2.2.4 仪表敏感探头19-20
• 2.2.5 神经网络算法20-21
• 2.2.6 单片机的选择21-22
• 3 基于气体传感器阵列的煤矿气体检测仪表22-49
• 3.1 仪表原理框图22-23
• 3.2 系统硬件设计23-40
• 3.2.1 系统电源23-24
• 3.2.2 气体传感器加热及其信号采样24-26
• 3.2.3 传感器信号检测回路及A／D转换参考电源26-27
• 3.2.4 气体传感器信号调理27-28
• 3.2.5 温度测量28-29
• 3.2.6 湿度测量29-31
• 3.2.7 I~2C总线接口31-33
• 3.2.8 SPI总线接口33-36
• 3.2.9 RS-232总线36-38
• 3.2.10 字符液晶显示器EDM1604A38-40
• 3.3 系统软件设计40-47
• 3.3.1 主程序40-42
• 3.3.2 按键中断程序42-43
• 3.3.3 定时器A中断程序43-44
• 3.3.4 串行中断程序44-45
• 3.3.5 软件的低功耗设计45-47
• 3.4 实验结果分析47-49
• 4 基于脉冲加热的煤矿气体检测仪表49-58
• 4.1 仪表原理框图49-50
• 4.2 系统硬件设计50-54
• 4.2.1 系统电源50-51
• 4.2.2 气体传感器脉冲加热源51
• 4.2.3 RS-485总线51-53
• 4.2.4 点阵液晶LMG-SSC12E64DLYY53-54
• 4.3 系统软件设计54-56
• 4.3.1 数据采集时序及其处理程序54-56
• 4.4 实验结果分析56-58
• 5 串口通讯软件58-68
• 5.1 软件设计要求及实现的功能58-59
• 5.2 软件实现方法59-61
• 5.3 串行通讯协议61-68
• 5.3.1 PC机命令及仪表响应格式63-68
• 参考文献68-70
• 附录A 仪表Ⅰ系统硬件原理图70-71
• 附录B 仪表Ⅱ系统硬件原理图71-72
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况72-73
• 致谢73-74
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书74

【引证文献】

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1 徐孟娟;卢珞先;;二氧化硫浓度检测仪的设计[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2009年05期

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  本文关键词：煤矿气体检测仪表的研究与开发，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：386791