矿用标准气体自动配比系统的研究与应用

论文摘要

本文阐述了一套矿用标准气体自动配比系统。该系统是基于PC机与C8051F020单片机控制技术的动态自动配气系统,采用先进的自动控制配气技术,利用质量流量控制器控制气体流量,配制所需浓度的标准气体。论文从配制标准气体的实际需求出发,分析比较标准气体的配比方法和气体流量的检测方法,选出基于质量流量控制的自动配气法,确立制定矿用标准气体自动配比系统的设计方案：配比系统工艺流程、硬件系统设计方案和软件系统设计方案。配比系统的硬件开发设计包括核心芯片的选型、系统的电源设计、单片机最小系统设计、气路通断控制电路设计、质量流量控制器的流量控制设计、模拟信号处理电路的设计和硬件电路抗干扰处理设计等。配比系统软件的开发设计,包括下位机软件和上位机软件设计。下位机软件设计基于Keil uVision4开发环境进行程序编程设计,完成编译、连接和调试,实现流量的控制和采集等。结合流量控制的特点,引入均值滤波和模糊PID控制技术实时处理数据,实现气体流量的精确控制,提高了配气精度。上位机软件设计基于Visual C++6.0环境进行程序设计,开发了矿用标准气体自动配比系统友好直观的人机界面,包括欢迎界面、管理界面、配比界面、实时数据显示界面和实时流量曲线显示界面。对配比系统进行了配气综合实验,系统根据控制指令能正常完成配比过程；配制多次标准气体,选用气相色谱法对所配标准气体进行浓度的标定,分析检测标准气体浓度量值是否满足要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 矿用标准气体自动配比系统的基本原理及方案设计
• 2.1 标准气体的配比方法
• 2.2 气体流量的测量方法
• 2.3 基于质量流量控制的动态配气原理
• 2.4 矿用标准气体自动配比系统方案设计
• 2.4.1 配比系统工艺流程
• 2.4.2 硬件控制方案设计
• 2.4.3 软件控制方案设计
• 2.5 流量控制方案设计
• 2.6 气体浓度标定方案设计
• 2.7 本章小结
• 第三章 系统硬件开发设计
• 3.1 核心芯片的选型
• 3.2 电源设计
• 3.3 最小系统设计
• 3.3.1 芯片电源电路
• 3.3.2 时钟电路设计
• 3.3.3 复位电路设计
• 3.3.4 JTAG接口电路设计
• 3.3.5 通信接口电路设计
• 3.4 气路通断控制电路
• 3.5 质量流量控制器
• 3.5.1 质量流量控制器工作原理和技术指标
• 3.5.2 质量流量控制器的接线
• 3.5.3 质量流量控制器的标定和不同气体的换算
• 3.5.4 质量流量控制器的控制电路设计
• 3.6 模拟信号处理电路的设计
• 3.7 硬件电路抗干扰处理
• 3.8 本章小结
• 第四章 系统软件开发设计
• 4.1 下位机软件开发环境Keil uVision4
• 4.2 下位机软件程序设计
• 4.2.1 配比系统主程序流程
• 4.2.2 模拟信号采集及均值滤波器程序设计
• 4.2.3 气体流量模糊PID控制器设计
• 4.2.3.1 模糊控制技术概述
• 4.2.3.2 PID控制技术
• 4.2.3.3 模糊PID控制技术
• 4.2.3.4 配比流量调节控制器设计
• 4.3 上位机软件开发环境Visual C++6.0
• 4.4 上位机软件程序设计
• 4.4.1 系统欢迎界面
• 4.4.2 用户管理界面设计
• 4.4.3 系统配比界面设计与实现
• 4.4.4 实时数据显示界面
• 4.4.5 实时曲线显示界面
• 4.5 串口通信程序设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统综合实验
• 5.1 配气工作台实物概况
• 5.2 所配制标准气体浓度检测标定实验
• 5.2.1 色谱分析检测仪单元与原理
• 5.2.2 色谱分析仪定量方法
• 5.2.3 浓度检测标定数据
• 5.3 配比系统主要技术指标
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录