矿用气体传感器智能调校系统

论文摘要

矿用气体传感器作为煤矿安全监控系统中的前端检测元件,能够实时对矿井下各种有毒有害气体浓度进行检测,是煤矿安全监控系统中的关键组成部分,其工作的可靠性和稳定性直接关系到整个安全监控系统能否正常判断矿井下各类有毒有害气的浓度是否超限,进而发出正确的动作命令以确保生产过程中各个环节的安全,目前国内煤矿中使用的气体传感器中的气体敏感元件绝大部分是使用电化学原理和热催化原理制成,由于这类元件的固有特性导致其在使用一段时间后会产生零点漂移和量程漂移等问题,为克服这些问题必须对其进行定期的参数校正。为了更好的服务于煤矿安全监控系统使其能够在第一时间做出正确判断保护操作人员和国家财产的安全,国家计量检定规程以及煤矿安全规程都对气体传感器的调校做出了具体明确的要求。为此依据矿用气体传感器工作原理和调校原理结合煤矿生产过程中的实际需要设计了一种基于C8051F020单片机为核心控制器件的矿用气体传感器智能校验系统,该系统由气路控制模块、气体传感器信号采集模块、红外调校模块、废气处理模块四部分组成,其中气路控制模块主要是完成在对矿用气体传感器调校过程中各种标准浓度气体的分配、自动切换和流量大小的精确控制,气体传感器信号采集模块主要是完成在调校过程中对被调的校批量气体传感器输出的表征浓度的电量信号进行采集为闭环控制提供反馈量,红外调校模块主要完成在调校过程中对传感器发送各种功能参数调校命令,是实现自动调校的关键核心模块,废气处理模块主要是实现调校过程中对调校环境中空气进行净化和无害化处理,保证在对有毒有害类气体传感器调校过程中调教人员的安全和调校用废气的达标排放,依托智能控制技术将四个模块有机结合在一起可以实现对矿用气体传感器进行批量智能调校。目前本系统已经成功试制样机处于试运行阶段,运行结果表明：该系统可以完全实现对矿用气体传感器整个调校过程的闭环控制,同时表现出良好的操控特性,具有调校精度高、抗干扰能力强、稳定性好等优点,有效的解决了有毒有害气体传感器的校正检定问题,为传感器的使用者和检定人员提供了完整可靠的传感器性能参数,实现了矿用气体传感器的无人值守调校。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 矿用气体传感器智能调校系统基本原理及方案设计
• 2.1 矿用气体传感器的工作原理
• 2.2 矿用气体传感器调校原理
• 2.3 红外遥控原理
• 2.3.1 红外遥控信号传输协议
• 2.3.2、通用编码方式的确定
• 2.3.3、红外信号的调制和接收
• 2.4 大批量传感器调校设计方法
• 2.5 矿用气体传感器智能调校系统方案设计
• 2.5.1 总方案设计
• 2.5.2 气路控制和红外调校子系统设计
• 2.5.3 气路控制设计
• 2.5.4 传感器信号采集子系统设计
• 2.5.5 废气处理子系统
• 2.6 本章小结
• 第三章 矿用气体传感器智能调校系统硬件设计
• 3.1 核心芯片的选型
• 3.2 电源设计
• 3.3 C8051F020最小系统设计
• 3.3.1 串行通信接口设计
• 3.3.2 JTAG接口设计
• 3.3.3 复位和时钟电路硬件设计
• 3.4 标准气进气控制电路
• 3.5 质量流量控制器
• 3.5.1 质量流量控制器工作方式
• 3.5.2 质量流量控制器的控制电路设计
• 3.6 电流频率信号转换电路设计
• 3.7 气体传感器器位置控制电路
• 3.8 传感器信号采集电路
• 3.9 红外信号发射装置设计
• 3.10 电流频率转换电路设计
• 3.11 硬件电路抗干扰处理
• 3.12 本章小结
• 第四章 矿用气体传感器智能调校系统软件设计
• 4.1 软件开发环境SILICON LABORATORIES IDE
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 C8051F020单片机的交叉开关配置
• 4.2.2 通信协议设定和主程序流程设计
• 4.2.3 串口通讯程序设计
• 4.2.4 传感器输出信号采集程序
• 4.2.5 模拟信号采集及均值滤波器程序设计
• 4.2.6 实时数据处理
• 4.2.7 气路控制程序设计
• 4.2.8 红外信号发送程序设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 矿用气体传感器智能调校系统运行测试
• 5.1 检定系统运行实验
• 5.1.1 系统频率测量误差
• 5.1.2 响应时间实验
• 5.2 调校系统红外控制实验
• 5.3 温湿度传感器信号采集实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文