可燃气体报警系统的高可靠性设计与实现

论文摘要

随着数字化电子产品的迅速发展,大量的电子设备在同一个空间同时工作,相互之间产生很强的电磁干扰,严重影响到电子系统或系统的可靠运行。目前越来越多的消费者已不仅仅关心产品的价格和功能,对产品的可靠性要求越来越高。可燃气体报警系统因其使用场合的特殊性及恶劣的工作环境,对可靠性的要求非常高,该产品的高可靠性设计就成为必须要解决的重要问题。而在此之前,同类产品设计主要以功能实现为主,欠缺对电磁兼容的充分考虑,好多产品开发出来后无法通过国家电磁兼容标准检验,无法顺利投向市场,贻误了商机。有些厂家不得已靠一些不良手段蒙混过关,给用户造成巨大的安全隐患,因此开展气体报警系统的高可靠性设计具有重要的现实意义。本文首先对课题的来源和背景作了简单介绍,分析了气体报警系统电磁兼容设计的目的和意义。其次对气体报警系统的工作原理、功能要求作了概述,并依据设计要求对气体报警系统进行了总体设计。系统采用CAN总线与RS485总线相结合的两级通讯网络,主控制器、CAN/485转换器、气体探测器和联动模块相结合的三层结构模式。主控制器和CAN/485转换器之间是上层网络,采用CAN通讯方式,CAN/485转换器与探测器、联动模块之间是底层通讯,采用RS485通讯方式,这种结构较好地满足了对可燃气体报警系统远距离、多节点的监控要求。第三,对电磁兼容的原理、发展历程以及气体报警系统的电磁兼容标准做了简要的叙述。鉴于系统干扰信号的非平稳性质,采用具有较强抗噪、去噪能力和良好时频局部化能力的小波变换对信号进行了分析。首先选用db4小波基对采集到的电源信号进行分析,得到了信号中噪声的频率和持续时间,根据分析结果对EMI滤波器进行了选择;然后采用db6小波对通讯端口采集到的信号进行了诊断,发现线路中存在较强的静电放电信号,对抗干扰电路设计提供了理论指导。第四,根据信号分析得到结论,对报警系统的可靠性进行了具体设计。硬件方面,首先采用了一些性能优良的新型器件对各种防干扰电路进行了设计,比如各种滤波电路、隔离电路和防雷电路等;然后对PCB、控制器机箱外壳和通讯线路等进行了设计。软件设计中主要采用了数字滤波以及干扰避开法等防干扰措施。最后对电磁兼容标准中的各项试验内容和方法做了详细的介绍,并对每项试验的结果进行了分析和总结。由于在产品高可靠性设计方面的大量和卓有成效的工作,设计的气体报警系统一次性通过了国家的电磁兼容测试,顺利拿到了产品生产许可证。现已小批量投入市场,受到用户的好评。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题研究的目的和意义
• 1.1.2 课题来源
• 1.2 研究内容
• 1.3 结构安排
• 第二章 气体报警系统功能要求及总体设计
• 2.1 系统的工作原理
• 2.2 系统功能要求
• 2.2.1 显示功能
• 2.2.2 报警功能
• 2.2.3 屏蔽功能
• 2.2.4 自检功能
• 2.2.5 电源功能
• 2.3 系统的总体设计
• 2.3.1 主控制器
• 2.3.2 CAN/485转换器
• 2.3.3 探测器和联动模块
• 2.4 本章小结
• 第三章 电磁兼容原理及报警系统电磁干扰分析
• 3.1 电磁兼容概述
• 3.1.1 电磁兼容性定义
• 3.1.2 电磁干扰的三要素
• 3.1.3 电磁兼容发展历程
• 3.2 气体报警系统电磁兼容标准
• 3.3 气体报警系统电磁干扰信号分析
• 3.3.1 小波分析法
• 3.3.2 小波分析的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 气体报警系统的电磁兼容设计
• 4.1 系统抗干扰电路设计
• 4.1.1 元器件的选择
• 4.1.2 电路的设计
• 4.2 印刷电路板的电磁兼容设计
• 4.2.1 PCB的布局设计
• 4.2.2 PCB的布线和过孔设计
• 4.2.3 电源干扰与抑制
• 4.2.4 接地线设计
• 4.3 气体报警系统外部电磁兼容设计
• 4.3.1 报警控制器外壳屏蔽设计
• 4.3.2 双绞线的应用
• 4.4 软件设计中采取的抗干扰措施
• 4.4.1 数字滤波
• 4.4.2 干扰避开法
• 4.5 本章小结
• 第五章 气体报警系统电磁兼容试验及结果分析
• 5.1 静电放电抗扰度试验
• 5.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
• 5.3 浪涌抗干扰度试验
• 5.4 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验
• 5.5 射频电磁场辐射抗扰度试验
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表