智能气体检测仪研究与设计

论文摘要

随着厂区安全生产的要求不断加深,工业用智能气体检测仪器在保障危险场合职工生命和财产安全中,起到了越来越重要的作用。本文首先介绍了智能仪表的发展过程、组成、和特点,然后对于气体检测智能仪表的特点和发展方向进行了更为详尽的阐述,提出在智能式气体检测仪表中,网络智能化、多气体检测、本安特征和低功耗要求等多个最为关键的因素。而本设计也是针对其中的本安特征和低功耗设计要求进行可行性论述,这也是本设计中的重点。本文基于MSP430F449芯片进行手持式一氧化碳气体检测仪器的设计,对系统的每一个模块,包括硬件模块和软件模块进行了具体的论述和介绍。在本安设计中,重点对可能发生火花和热效应,按照国标的标准进行计算,以保证产品在任何可能的情况下,都会不将外界的危险气体点燃引起爆炸。对于低功耗的设计要求,本设计的最终目的是通过软件和硬件的协同工作,设计出能够不更换电池而持续使用超过2年的手持式气体检测器。硬件方面尽量选用低功耗的元器件和单片机;软件方面,在仪器休眠的时候使用低频振荡器可以大幅降低功耗,同时关闭用电量比较大的功能模块也能大幅提高电池的使用寿命。按照3.6V亚硫酰氯一次性电池容量2200-2300mA,最后理论上我能将系统的平均功耗降低到90uA,电池寿命能够达到20000小时,够连续工作2年。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外现状
• 1.3 课题研究的背景和意义
• 1.4 本文章节安排
• 第二章 概述
• 2.1 智能仪器的发展过程
• 2.2 智能仪器的组成
• 2.3 智能仪器的特点
• 2.3.1 智能仪器功能的多样化
• 2.3.2 智能仪器系统的集成化、模块化
• 2.3.3 智能仪器构成的柔性化
• 2.3.4 智能仪器的网络化
• 2.3.5 智能仪器的可视化
• 2.4 气体智能检测仪器的特点和发展方向
• 2.4.1 气体智能检测仪表的作用和特点
• 2.4.2 智能气体检测仪器的发展方向
• 2.5 本章小结
• 第三章 智能气体检测仪设计的关键技术
• 3.1 低功耗技术
• 3.1.1 超低功耗技术的应用领域
• 3.1.2 超低功耗系统的设计原则
• 3.1.3 微处理器MCU 的选择
• 3.1.4 IC 器件的选择
• 3.1.5 供电管理硬件的设计
• 3.1.6 系统超低功耗的运行管理
• 3.2 本安原理和设计
• 3.2.1 爆炸性气体的分类
• 3.2.2 爆炸性气体的分级和分组
• 3.2.3 爆炸性危险场所的区域划分
• 3.2.4 危险场所防爆技术
• 3.2.5 电气设备防爆型式
• 3.2.6 本安防爆技术的基本原理和特点
• 3.3 本章小结
• 第四章 智能气体检测仪的构架设计
• 4.1 硬件构架
• 4.1.1 单片机（MCU）
• 4.1.2 电池
• 4.1.3 电源电路
• 4.1.4 看门狗电路设计
• 4.1.5 传感器电路
• 4.1.6 报警单元设计
• 4.1.7 人机界面
• 4.2 软件构架
• 4.2.1 分时操作系统
• 4.2.2 气体浓度度数（ADC）
• 4.2.3 报警单元
• 4.2.4 LCD 驱动
• 4.3 本章小结
• 第五章 智能气体检测仪模块化设计
• 5.1 本安设计
• 5.1.1 本安仪表的设计要求
• 5.1.2 设计方案和数据计算
• 5.1.3 火花计算
• 5.1.4 热能计算
• 5.1.5 电感
• 5.1.6 电容
• 5.2 低功耗设计
• 5.2.1 本设计中的硬件设计原则
• 5.2.2 本设计中软件设计原则
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 致谢