基于ARM的智能瓦斯传感器的研究

论文摘要

煤炭是我国经济发展不可或缺的资源,我国对煤矿安全生产的重视已达到了空前的高度,时有发生的矿井事故,暴露出目前矿井安全生产管理上的漏洞,同时也反映出煤矿安全监测监控技术的某些缺陷,其中高性能、智能化的瓦斯传感器亟待开发。本文利用嵌入式微处理器和现场总线技术设计的智能瓦斯传感器,期望解决目前煤矿安全监测监控存在的问题。本文在分析和研究CAN总线通信协议的基础上,设计了基于CAN总线技术的监测监控网络,研制了以嵌入式ARM7微处理器LPC2131为核心的智能瓦斯传感器系统。通过对瓦斯浓度数据采集与处理、瓦斯浓度显示、瓦斯浓度超限报警、信号输出和风、电、瓦斯闭锁以及CAN控制器节点等电路模块的设计构建了基于ARM的智能传感器的硬件系统;同时,设计了符合煤矿安全系统的软件代码;最后在实验室条件下对设计的组装样机进行调试运行,验证其功能的可行性和性能的稳定性。设计的智能瓦斯传感器系统不仅能为井下的工作人员提供实时的瓦斯浓度显示、超限报警和风、电、瓦斯闭锁等功能;还可以经总线直接为监控人员提供实时的瓦斯浓度数据以及接收控制中心的控制信息,组成了基于CAN总线的煤矿安全监测监控网络。研制的智能瓦斯传感器经显示实验和报警实验验证:基本实现设计的各项功能,符合煤矿环境的需求和煤安规程的相关技术要求;符合现代煤矿安全监测监控技术发展的要求;具有先进性和实用性,对增强煤矿的安全生产有着重要的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 智能瓦斯传感器的研究背景与意义
• 1.2 智能传感器技术在国内外的研究现状.
• 1.2.1 智能传感器组成系统.
• 1.2.2 智能传感器国内外研究现状
• 1.3 研究的问题
• 1.3.1 智能传感器技术
• 1.3.2 CAN 总线技术
• 1.3.3 本文的主要工作
• 1.4 小结
• 2 FCS 系统及CAN 总线技术
• 2.1 FCS 系统与DCS 系统的比较
• 2.2 常用的FCS 架构及性能比较
• 2.3 CAN 总线技术
• 2.3.1 CAN 总线的发展历程
• 2.3.2 CAN 总线技术规范
• 2.3.3 CAN 总线的物理层
• 2.3.4 CAN 总线网络
• 2.4 小结
• 3 基于CAN 总线的智能瓦斯传感器系统的设计
• 3.1 基于CAN 总线的智能瓦斯传感器的设计原则
• 3.1.1 CAN 总线网络设计原则.
• 3.1.2 基于ARM 的智能瓦斯传感器的软硬件设计原则
• 3.2 基于CAN 总线的智能瓦斯传感器的系统组成
• 3.2.1 CAN 总线网络的组成
• 3.2.2 智能瓦斯传感器的组成
• 3.3 基于CAN 总线的智能瓦斯传感器系统的硬件设计.
• 3.3.1 气体检测电桥电路
• 3.3.2 A/D 电路
• 3.3.3 系统控制电路
• 3.3.4 键盘电路
• 3.3.5 液晶显示电路
• 3.3.6 超限报警电路
• 3.3.7 信号输出电路
• 3.3.8 风、电、瓦斯闭锁电路
• 3.3.9 EasyJTAG 电路
• 3.3.10 CAN 控制器电路
• 3.3.11 prote1995E 及电路板设计
• 3.4 基于CAN 总线的智能瓦斯传感器系统的软件设计.
• 3.4.1 AD51.2 简介
• 3.4.2 系统启动程序
• 3.4.3 系统主程序
• 3.4.4 A/D 转换子程序
• 3.4.5 LCD 显示子程序
• 3.4.6 超限报警子程序
• 3.4.7 CAN 总线通信程序
• 3.5 小结
• 4 系统调试及实现
• 4.1 硬件测试
• 4.2 软件调试
• 4.3 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录