基于嵌入式技术的矿下管道气体多参数检测系统的研究及实现.ppt

基于嵌入式技术的矿下管道气体多参数检测系统的研究与实现 学 生：XX 专 业：检测仪器与技术 研究方向：煤矿安全检测 导 师：XXX 教授 20XX年X月X日 主要内容 研究内容和研究基础 课题背景以及研究目的 国内外研究现状以及发展情况 关键技术和工作规划 5 1 3 4 工程应用价值 2 一、课题背景以及研究目的 我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，在煤矿或井下作业环境中，瓦斯、一氧化碳、氧气浓度以及环境温度的高低直接影响了煤矿的安全生产和矿工的生命安全。而且无论是瓦斯爆炸产生的原因还是瓦斯爆炸过后的产物都和气体参数有关，气体多参数检测变得越来越重要。 课题背景 1 在工业生产过程中，不可避免地要碰到各种各样的流动介质，如气体或液体的计量问题，流量、压力的精确测量问题等。作为生产过程运行状态监测的一个重要内容，流量以及压力检测技术也应运而生。 自80年代中期以来，由于电子技术及微处理技术进步，嵌入式技术的引入给气体参数检测行业带来了新鲜血液，其系统集成化、自动化程度高，具有专用性强、功能齐全、操作简单，分析精度高，分析周期短等优点，在煤矿气体参数分析、矿井火灾监测分析、安全检查工作中的重要性越来越明显。 嵌入式技术的应用 ARM嵌入式技术的特点 嵌入式技术是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。 相对于ARM7，ARM Cortex-m3内核更具有优势。见下表： (1).通过学习温度、流量、浓度、压力等有关的传感器知识，结合嵌入式技术，改变传统的单一检测方法，设计一种效率高、速度快、传输距离远的气体多参数检测系统并且能够实时、准确测出矿井下管道气体的流量、浓度、流量、压力等参数。 (2).通过相应的参数设置，以及一系列电路设计，可输出断电控制信号给断电器，达到断电控制矿下其他机电设备的功能，还可以控制电磁阀来控制管道阀门的角度来实现管道瓦斯气体的抽放。 (3).将检测数据经传输接口通过以太网传输给陆地中心站（上位机），利用网络释放系统的潜力，改变了检测技术的以往面貌，使能够有效的远程接收数据。 研究目的 2 二、工程应用价值 多种传感探头一并嵌入在管道里，使它既可以用于煤矿瓦斯抽放管道混合气体参数的检测，也可以用于天然气、空气等管道气体参数的检测，有很开阔的发展空间。 采用基于嵌入式ARM CORTEX-M3内核的32位微处理器，其接口功能齐全，预留一些其它接口方便以后检测仪表的二次开发利用。最关键的还是其功耗和成本低廉，更利于被市场接受。 由于加入了以太网，陆地中心站利用网络可以检测不同矿井的数据，让检测范围大大增加，相对与传统的串口传输，传输的距离也增加很多。 虽然无线技术使用广泛，但在矿下复杂，恶劣的环境下，无线信号很难将数据信号准确无误的传送，有线传输还是目前最可靠的传输方式。 三、国内外研究现状以及发展情况 国内外研究现状 1 国内 国外 仍旧采用传统的传感元件 功能单一，体积庞大 传输距离短 精度很低，稳定性差 不具备自动化处理能力 体积小 重量轻 操作简便 符合人体工程学设计 自动化程度高 随着半导体工艺以及嵌入式技术的发展，多参数气体检测装置的发展方向主要有： (1)微小型化； (2)集成化； (3)智能化； (4)多功能化； (5)通用化； (6)网络和嵌人式互联网化。 国内外发展情况 2 四、研究内容和研究基础 系统总体架构如图1所示 研究内容 1 ①气体流量传感器 ②气体压力传感器 ③气体浓度传感器 ④气体温度传感器 传感器原理及其选型要求 本次设计采用NXP公司的LPC1768芯片，它采用目前比较流行的ARM Cortex-m3内核，作为底层嵌入式开发，学习其芯片架构以及如何应用。 以太网以及TCP/IP协议 传输接口部分与中心站是通过以太网RJ45接口进行数据传输的，涉及TCP/IP协议。本次设计主要研究其传输层:TCP（传输控制协议）UDP（用户数据包协议）。 ARM嵌入式技术 了解传感器相关原理，方便进行传感头的选型； 熟悉基于cortex-m3内核的LPC1768芯片功能的使用； 电路设计：包括前置放大、通道切换、线性隔离放大器等信号处理电路；显示、红外遥控电路；485通讯电路；频率、电流、电压信号输出电路以及数据存储电路等。 红外遥控知识的积累； 了解232、485串口通信原理，掌握串口通信的方式与方法； 掌握以太网TCP/IP通信传输层协议，实现网络通讯。 掌握对PCB制图（印制电路板），通过Altium Designer软件能绘制样板图