室内有毒气体监测系统研制

论文摘要

近年来,随着人们生活水平的提高和居住条件的改善,大量的新型装饰材料被广泛地应用于家庭装修中,而由此所造成的室内环境污染也日益变得严重。那些有毒气体会对人体造成极大的危害,为了保障人们的身体健康,发展高性能、低成本的多传感器与智能技术相结合的监测系统具有重要的现实意义。基于多传感器数据融合技术的气体检测系统,可在一定程度上抑制传感器的漂移和噪声,提高系统的检测精度。本文采用基于多传感器自适应加权数据融合技术,设计一套室内装修有毒气体监测系统,该系统具有数据采集、实时显示、声光报警、串口通讯等功能,并采用自适应加权数据融合算法,提高了整个系统的测量精度。论文在分析了电化学甲醛、氨气传感器和半导体苯传感器的检测原理之后,提出并实现了系统整体设计方案。系统硬件主要分为3个部分:一是传感器信号调理电路部分,包括甲醛、氨气传感器的信号调理、苯传感器的信号调理和温湿度传感器的信号调理;二是TMS320LF2407A控制器部分的电路,包括气体浓度的采集和温湿度参数的采集、液晶显示电路、声光报警等;三是上位机通讯电路。系统软件包括两个部分:一是用C和汇编语言混合编写的下位机程序,主要完成系统初始化、中断采样、数据实时显示、声光报警和数据通讯等工作;二是由VB语言编写上位机软件,主要完成数据实时传输、数据保存、显示气体浓度等功能。论文提出了基于自适应加权的数据融合方法,即充分利用传感器的原始数据,对测量数据的均方误差、测量精度等信息进行融合,并准确估算出来。其优点是不要求测量数据的任何先验知识,仅依据测量数据的测量精度来确定不同数据的相应权数,就可以计算出均方误差最小的融合值。将所提出的数据融合方法应用到室内有毒气体监测系统中,提高了室内有毒气体监测系统的测量精度,并使系统具有良好的鲁棒性。实验表明系统性能稳定,测量精度达到预定的要求,具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题研究的实际意义
• 1.2 本课题国内外研究动态和发展现状
• 1.2.1 气体检测仪器的国内外发展
• 1.2.2 数据融合的发展
• 1.3 本课题的目标和内容
• 1.3.1 本课题的目标
• 1.3.2 本文的主要内容
• 2 室内有毒气体监测系统总体设计
• 2.1 气体传感器的工作原理
• 2.1.1 气体传感器概述
• 2.1.2 电化学传感器的工作原理及结构
• 2.1.3 半导体气体传感器的工作原理及结构
• 2.2 室内有毒气体监测系统总体设计
• 2.3 本章小结
• 3 室内有毒气体监测系统硬件设计
• 3.1 系统电源
• 3.1.1 传感器及信号调理的工作电压
• 3.1.2 控制器的工作电压
• 3.2 检测电路的设计
• 3.2.1 甲醛、氨气传感器的信号调理电路
• 3.2.2 苯传感器的信号调理电路
• 3.2.3 温度的测量
• 3.2.4 相对湿度的测量
• 3.3 控制器系统的选择及电路设计
• 3.3.1 控制器的选择
• 3.3.2 复位电路
• 3.3.3 时钟电路
• 3.3.4 模数转换电路
• 3.3.5 外部数据存储器
• 3.3.6 LCD 接口电路
• 3.3.7 报警电路
• 3.3.8 串行通讯接口电路
• 3.4 硬件抗干扰技术
• 3.5 本章小结
• 4 自适应加权数据融合算法
• 4.1 自适应加权数据融合算法的模型及原理
• 4.2 自适应加权数据融合算法在室内有毒气体监测系统中的应用
• 4.3 本章小结
• 5 室内有毒气体监测系统软件设计
• 5.1 软件设计概述
• 5.2 下位机软件设计
• 5.2.1 主控模块设计
• 5.2.2 系统的初始化模块
• 5.2.3 数据采集模块
• 5.2.4 液晶显示模块
• 5.2.5 声光报警模块
• 5.2.6 串行通讯模块
• 5.3 上位机软件设计
• 5.4 软件的抗干扰技术
• 5.5 本章小结
• 6 系统调试与实验
• 6.1 系统的性能评价
• 6.2 实验样机
• 6.3 系统调试分析
• 6.4 实验结果及分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间的研究成果及发表学术论文