智能瓦斯检测系统的研制

论文摘要

本文介绍了我国煤矿瓦斯检测现状,通过分析各类瓦斯检测仪器的性能,指出催化燃烧式瓦斯检测仪器良好的综合性能和存在的不足,提出了以智能瓦斯传感器与无线传感器网络相结合的智能瓦斯检测系统。基于Mega48v单片机研制出智能瓦斯传感器。分别对瓦斯气敏元件检测电路、系统电源、运算放大电路、防高浓度瓦斯冲击电路与报警电路、数码管显示电路以及标定电路进行了设计,使智能瓦斯传感器具有体积小,可靠性高,使用维护方便等特点,为智能瓦斯检测系统的建立奠定了基础。利用nRF2041射频模块建立无线传感器网络,实现系统的自诊断和自校正功能。采用C语言开发单片机程序,采用虚拟仪器技术设计可视化标定软件,利用平均值滤波、线性校正、零点与灵敏度校准等算法,建立传感器电子数据表格(TEDS),提高了系统的检测精度和可靠性。在此基础上,提出的系统标定校准方法,简化了操作过程,延长了标定校准周期,提高了系统的易维护性,降低了维护成本。根据国家相关标准,设计并完成了系统的显示值稳定性试验、基本误差试验、工作时间试验和基本稳定性试验,表明本系统各方面性能均能达标准要求。通过试验,分析了电源电压、试验气样流量、试验环境氧气浓度对系统检测性能的影响,并提出了智能瓦斯传感器的软硬件抗干扰设计以及瓦斯检测的注意事项,从而完善了智能瓦斯传感器的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 催化燃烧式瓦斯检测研究现状
• 1.2.1 催化燃烧式瓦斯传感器研究
• 1.2.2 催化燃烧式瓦斯传感器智能化数字化研究
• 1.2.3 催化燃烧式瓦斯传感器网络研究
• 1.3 瓦斯检测传感器的发展趋势
• 1.4 本课题的主要研究意义和内容
• 1.4.1 本课题研究意义
• 1.4.2 本课题研究内容
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 系统结构
• 2.2 智能瓦斯传感器
• 2.2.1 功能要求
• 2.2.2 设计考虑
• 2.2.3 技术指标
• 2.3 可视化标定软件
• 2.3.1 功能要求
• 2.3.2 设计考虑
• 2.4 本章小结
• 3 系统硬件设计
• 3.1 系统硬件的组成
• 3.2 催化燃烧式瓦斯气敏元件的选用
• 3.3 系统主控芯片的选择
• 3.4 系统电源设计
• 3.5 无线模块设计
• 3.6 运算放大电路设计
• 3.6.1 瓦斯信号的特点
• 3.6.2 运算放大器的选用及其电路的设计
• 3.7 防高浓度瓦斯冲击及报警电路设计
• 3.8 数码管显示电路设计
• 3.9 标定电路设计
• 3.9.1 串口通信方案的选择
• 3.9.2 标定电路设计方案
• 3.10 硬件抗干扰设计
• 3.11 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 单片机软件设计
• 4.1.1 串口通讯程序设计
• 4.1.2 EEPROM 数据读写技术
• 4.1.3 数字滤波子程序设计
• 4.1.4 非线性校正程序设计
• 4.1.5 零点漂移抑制程序设计
• 4.1.6 基于无线网络的各节点自动校正方法设计与实现
• 4.1.7 系统电子数据表格TEDS 设计
• 4.1.8 软件抗干扰设计
• 4.2 上位机监控软件的设计
• 4.2.1 上位机功能的简介
• 4.2.2 图形用户界面（Graphical User Interface）设计
• 4.2.3 标定与校正的实现
• 4.3 本章小结
• 5 系统试验及其结果分析
• 5.1 试验目的
• 5.2 实验方法与步骤
• 5.2.1 环境条件
• 5.2.2 试验用气样
• 5.2.3 试验用主要仪器设备
• 5.2.4 显示值稳定性试验
• 5.2.5 基本误差试验
• 5.2.6 工作时间试验
• 5.2.7 工作稳定性试验
• 5.3 实验结果分析与解决方案
• 5.3.1 电源对系统的影响
• 5.3.2 缺氧条件下对系统的影响
• 5.3.3 气样流量与传感器电桥输出的关系
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献