采场瓦斯积聚模拟实验台的采集系统设计研究

论文摘要

模拟是研究客观现象规律性的一种科学方法。模拟实验是掌握和深入认识采场瓦斯运移规律的重要手段,能够解决现场不能或不方便解决的一些问题,它与现场实验相结合,有利于深入、全面地认识和掌握采场瓦斯的运移规律。在实验过程中,数据采集系统往往对实验数据的取得以及实验过程的实时监测起到重要作用。单片计算机的应用领域日趋广泛,除了应用量最大的家电行业之外,尤其在工业控制系统、数据采集系统和智能仪器仪表等领域广泛应用。本文以单片机为核心,应用工业测试系统中数据采集系统的设计方法,针对研究采场瓦斯积聚规律的实验模型,详细介绍了采场瓦斯积聚模拟实验台的数据采集系统的解决方案、组成结构、功能及其特性。整个采集系统完成对 64路输入信号的采样,而且可对每 8 信号路进行同步采样。AD 转换精度为 12 位。另外,系统还具备掉电数据保存功能,采用 FLASH 存储器保存约 20 分钟的采样数据,同时系统还具有与计算机的串行通讯接口,方便与计算机的连接。 本文首先论述了数据采集系统的有关概念及其基本组成并简要介绍了采场瓦斯积聚模拟实验台的组成,然后分别从硬件和软件两方面,具体阐述了该实验台采集系统的单元电路设计、接口电路设计、单片机和计算机软件控制设计并给出了核心源代码。系统包括传感器、模拟开关、仪表放大器、AD 采样器、单片机和 FLASH 存储器等主要器件。最后,对数据采集过程中信号处理的有关数字滤波算法做了研究。

论文目录

• 1 文献综述
• 1.1 数据采集的概念
• 1.2 数据采集的意义和任务
• 1.3 数据采集系统基本组成
• 1.3.1 单通道数据采集
• 1.3.2 多通道数据采集
• 1.4 国内外高速数据采集的发展动态及数据采集系统的发展趋势
• 1.5 采场瓦斯积聚模拟实验台简介及课题的引入
• 1.6 本章小结
• 2 采场瓦斯积聚模拟实验台采集系统的硬件设计
• 2.1 传感元件
• 2.2 实验台采集系统的组成及原理
• 2.3 单元电路设计
• 2.3.1 模拟多路开关
• 2.3.2 仪表放大器
• 2.3.3 仪表放大器MAX4194
• 2.3.4 AD 采样器
• 2.3.5 AD 采样芯片MAX197
• 2.4 接口电路设计
• 2.4.1 单片机的选择
• 2.4.2 单片机与MAX197 的接口设计
• 2.4.3 单片机与8255 的接口设计
• 2.4.4 存储器芯片FlashAT29C040A 简介
• 2.4.5 FlashAT29C040A 的操作
• 2.4.6 单片机与FlashAT29C040A 的接口设计
• 2.4.7 通信接口设计
• 2.5 本章小结
• 3 实验台采集系统的软体设计
• 3.1 单片机端的控制程序
• 3.1.1 系统初始化
• 3.1.2 采样发送工作模式
• 3.1.3 采样存储工作模式
• 3.1.4 数据清除工作模式
• 3.2 计算机的数据接收与处理模块
• 3.3 本章小结
• 4 数字滤波的基本算法
• 4.1 常用的数字滤波算法
• 4.2 本章小结
• 5 结论
• 5.1 总结与结论
• 5.2 系统的扩展及建议
• 致谢
• 参考文献