城市下水道可燃气体监测系统的设计与开发

论文摘要

近年来,我国大中型城市时常出现下水道爆炸事故,这些爆炸事故的发生大都是由于下水道可燃气体(主要是甲烷气体)浓度过高而引起的。由于下水道爆炸事故多发生在人口密集的住宅区,农贸市场等,对人民的生命财产安全造成了很大的危害,严重影响社会稳定和居民生命财产安全。城市下水道是疏浚工人的工作环境,下水道内气体情况直接影响工人的生命安全。由于缺乏下水道信息监测,而导致下水道工人意外窒息死亡的事故时有发生。城市下水道气体会严重影响城市大气环境。因此采用恰当的监测报警方法进行实时监测就显得尤为重要。建立城市下水道管网自动监测系统,实时监测下水道内可燃气体浓度,已经成为预防下水道爆炸事件发生和保护环境质量的迫切要求。监测系统采用热导气体传感器对下水道可燃气体浓度进行采集,然后信号调理,U/I变换,I/U变换,A/D转换等处理后送入单片机,再进行数据的滤波,存储,发送等。由于GPRS(General Packet Radio Service)通信技术具有永远在线和按流量收费等诸多优点,利用GPRS网络传送数据,实现手机和监控中心的远程移动控制。对于监测系统的设计工作,本文从硬件设计和软件设计两个方面进行了阐述。硬件方面,提出系统功能上的规划要求,确定系统的技术方案,给出了系统的结构图,现场采集单元的总体电路结构框图;对传感器的选取、检测原理、传感器输出信号的处理作了详细的阐述;介绍了GPRS通信技术的特点,网络结构,数据传输方式以及系统用到的GPRS Modem模块。软件方面,对软件的主体框架及各功能子模块的程序设计思想做了详细的说明,并给出了各程序的流程图;同时详细介绍了如何接收和发送中英文短消息以及如何设计短消息的格式内容等以方便用户对系统的控制。本文从硬件和软件两个方面介绍了系统用到的抗干扰措施。最后给出了系统的实验验证结果。本文所研究的下水道气体自动监测方法,对于城市大气处理,环境监测和其它无人自动监测场合都有着十分重要的应用及推广价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 本课题的背景介绍
• 1.2 本课题研究的必要性和意义
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 硬件设计
• 2.1 基本硬件框图
• 2.1.1 系统的总体结构
• 2.1.2 现场单元的基本硬件框图
• 2.1.3 单片机资源分配
• 2.2 传感器单元电路
• 2.2.1 气体的热导率
• 2.2.2 热导检测原理
• 2.2.3 传感器的选取
• 2.2.4 信号调理电路
• 2.2.5 传感器单元的数据采集电路
• 2.2.6 泵阀驱动电路及采样气路框图
• 2.3 通信模块接口电路
• 2.3.1 GPRS 技术的特点
• 2.3.2 GPRS 网络结构
• 2.3.3 GPRS 的数据传输方式
• 2.3.4 通信模块GPRS Modem
• 2.3.5 通信模块的接口电路设计
• 2.4 其它电路
• 2.4.1 实时时钟模块的电路
• 2.4.2 复位电路
• 2.4.3 电源部分
• 2.5 硬件抗干扰措施
• 3 软件设计
• 3.1 主程序设计
• 3.1.1 系统初始化部分
• 3.1.2 程序主循环部分
• 3.2 程序短消息的实现
• 3.2.1 Text 模式下短消息的发送
• 3.2.2 PDU 模式下短消息的发送
• 3.2.3 短消息的接收
• 3.2.4 中文地址短消息处理
• 3.3 功能子程序设计
• 3.3.1 命令处理子程序
• 3.3.2 数据传送子程序
• 3.3.3 采样及报警子程序
• 3.4 时钟模块设计
• 3.5 软件抗干扰措施
• 4 装置的实验验证
• 4.1 系统功能实验验证
• 4.2 系统实验
• 5 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录