污水管道多组分气体监测系统的研究与实现

发布时间：2020-05-09 22:07

【摘要】：随着城市信息化的快速发展,污水管道监测成为城市安全保障的一项重要任务。大量的厨余垃圾、生活废水等排入污水管道,经过发酵会产生各种有毒有害的气体,如CH4、H2S、NH3等。污水管道气体的泄露对于大气污染、居住健康等带来巨大隐患,据统计,每年因气体中毒而导致死亡的人数达到10万人之多,同时长期生活在危害气体浓度超标的环境下,极易诱发各种慢性疾病。通过调研污水管道气体监测的发展现状和对北京地区污水管道的现场考察,在传感器技术、FPGA技术及嵌入式技术基础上,结合人工智能算法及如今发展迅速的NB-IoT网络,设计并实现一种高精度、低延迟的管道气体监测装置,解决当今污水管道多组分气体监测中传感器存在交叉敏感性、检测精度低、耗时长等问题。本文的主要工作总结为以下几个方面。(1)对污水管道监测的研究现状及相关技术进行详细调研及梳理。在充分认识当前管道多组分气体监测存在的问题及现有技术的优缺点后,提出本文研究的总体设计框架。(2)针对气体传感器往往存在交叉敏感性的问题,设计基于传感器阵列的气体采集方法,实现并行化的数据采集、调理及转换电路,完成基于ALTERA CYCLONE IV的FPGA硬件平台搭建及基于IMX6的ARM硬件平台搭建,并对所设计的6层高速PCB进行可靠性分析。(3)针对传统多组分气体检测存在的精度低、效率差的问题,本文利用FPGA平台,将神经网络硬件化,充分发挥FPGA及神经网络算法并行的优势,完成一套硬件BP神经的实现方法,并应用于污水管道多组分气体监测中。(4)设计完成嵌入式系统及基于NB-IoT无线传输系统。优化嵌入式系统启动时间;设计外部USB接口、SD卡接口及网口等,从而提升系统的灵活性;实现一套基于QT的监测软件完成数据的实时展示、参数配置、系统交互等功能;设计低功耗、高性能的NB-IoT无线通信单元,实现污水管道监测数据的实时远程上传。本文设计的污水管道气体监测系统具有检测精度高,灵敏性好的特点。可快速、精确的完成对多组分气体浓度的定量分析,具备良好的扩展性,可应用于城市、工厂、家居等多种场合的管道气体监测之中。
【图文】：

背景本,核心硬件,污水管道,气体检测

2016 重庆市疏通管道作业 3人死亡2017 惠州市管道爆炸 5伤如图1.1所示，气体带来的安全问题急需解决，做好事故预防，就必须做好可靠的监测、预警工作。开展污水管道有毒有害气体的远程监测系统的开发与研究，将为城市监测注入现代化智能技术，提供可靠、稳定、及时的监测信息，，将极大提高气体监测工作的效率，提升我国事故预警机制[11]。从城市安全和长远发展来看，建立城市污水管道监测系统，是当今信息化城市建设的发展趋势，将普及为一项基本的城市建设项目，为人民生活安全提供可靠保障。图 1.1 气体检测背景本设计由FPGA及ARM构成核心硬件单元

气体检测仪,无眼,人机交互界面,金属氧化物传感器

图 1.2 六合一气体检测仪四合一气体检测仪，提供了友，支持 1、2、3 或 4 种气体的块，可同时检测 6 种气体成分，具有灵敏可靠，全程的温00 泵吸式复合气体分析仪，学传感器、金属氧化物传感器置，具备无线数据传输功能，彩大屏，提供 RS232、USB
【学位授予单位】：北京工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU992.4

【参考文献】