基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪

【摘要】：瓦斯的爆炸属于煤矿的重大灾害之一,深重地威胁着煤矿的安全生产。甲烷气体是瓦斯中主要的成分,因此如果能够适时而且准确地检测出甲烷气体的含量在煤矿的安全生产过程中具有非常重要的意义。当矿井中的瓦斯的浓度达到一定值的时候就可能会引起瓦斯的爆炸,造成了煤矿瓦斯事故的发生,给我们的国家造成了人员的伤亡以及巨大的财产损失,更使得无数遇难的矿工家庭陷入了绝境,所以准确地检测出煤矿生产中的甲烷气体的浓度具有极其重要的意义。测定仪器当甲烷的浓度达到限定值的时候能够及时地发出声光报警的信号,以便于人们立刻采取有效的安全措施,可以有效地防止爆炸以及发生重大灾害。针对传统的气体检测设备因为体积大、成本高、携带不方便而且经常需要校准等的一些缺点已经不能满足工业生产的需要,本文设计了一种便携式甲烷浓度的测定仪,它能够非常便捷地检测出甲烷气体的浓度。整个系统具有体积小、结构简单、成本低、灵敏度高而且也比较容易操作、使用寿命比较长等的特点。 本文设计了一种基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪,采用了高性能运算放大电路来对小信号进行放大的操作,由PIC16F1937单片机来完成对信号的采集以及处理,除了能够显示测量的浓度、发出声光报警信号的基本功能以外,而且还具有显示时间以及显示温度等的功能,实用价值是比较强的。采用了LED数码管能够实时地显示甲烷的浓度值,当被测气体中甲烷气体的浓度超过设定的数值的时候,将会发出声光报警的信号。实验结果表明该测定仪的灵敏度以及测量精度比较高,并且具有操作方便、实时地检测以及数据处理能力比较强、稳定性比较高、防爆性能比较好、响应速度比较快等的特点,也可以推广应用到检测其他气体的系统。针对煤矿工作环境是比较恶劣的,本文所设计的智能型的便携式甲烷浓度检测仪在关键的部分应该采取防水防尘的措施。因为它是基于便携式地设计,尺寸比较小,所以它能够安装在煤矿工人随身携带的装备上来进行实时地测定甲烷气体的浓度。 本文首先引出了本课题的研究背景、研究现状以及现实选题的意义。其次分析和提出了系统总体的设计方案,接下来设计了基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪的硬件电路,主要包括甲烷气体传感器、单片机处理和控制电路、显示电路、声光报警电路以及系统的电源电路等。然后设计了基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪的软件程序以及进行了上位机的软件设计。接下来设计了一些实验方案,进行了对比性实验、重复性实验、交叉灵敏度实验、稳定度实验,给出了一些实验数据,并且对系统的误差进行了分析,使它能够比较好地应用于矿井现场实时地测量甲烷气体的浓度。 本论文最后总结了所做的工作,并且介绍了基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪的创新点以及未来发展的趋势。 【关键词】：甲烷浓度 便携 PIC单片机 测定仪
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP216.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题的研究背景13-14
• 1.2 甲烷浓度测定仪的研究现状及其发展趋势14-15
• 1.3 论文的研究意义和内容15-16
• 1.4 论文的结构安排16-17
• 1.5 本章小结17-19
• 第二章 基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪的总体设计方案19-27
• 2.1 系统的总体设计方案19-20
• 2.2 主要功能模块的选型20-25
• 2.2.1 主控芯片的选型20-23
• 2.2.2 实时时钟芯片的选型23
• 2.2.3 甲烷浓度传感器的选型23
• 2.2.4 温度传感器的选型23-24
• 2.2.5 运算放大器的选型24
• 2.2.6 LED数码管的选型24
• 2.2.7 串行通信的选型24-25
• 2.3 本章小结25-27
• 第三章 基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪的硬件设计27-49
• 3.1 主控芯片29
• 3.2 甲烷传感器数据采集模块29-31
• 3.3 PIC16F1937单片机控制电路31-34
• 3.3.1 中央处理器31
• 3.3.2 存储器31-32
• 3.3.3 复位32
• 3.3.4 中断32
• 3.3.5 I/O接口32-33
• 3.3.6 振荡器模块33
• 3.3.7 模数转换模块33
• 3.3.8 比较器模块33
• 3.3.9 定时/计数器33-34
• 3.3.10 串行接口34
• 3.4 电源电路34-35
• 3.5 TLC27L4ID高性能运算放大器35-36
• 3.6 晶振电路36
• 3.7 DS1302实时时钟电路36-37
• 3.8 DS18B20温度传感器37-38
• 3.9 声光报警电路38-39
• 3.10 LED数码管39-40
• 3.11 键盘电路40
• 3.12 在线串行编程ICSP模块40-41
• 3.13 串行口电路设计41-43
• 3.14 本系统的PCB图设计43-47
• 3.15 本章小结47-49
• 第四章 基于PIC16F1937单片机的矿井便携式甲烷浓度测定仪的软件设计49-77
• 4.1 主程序设计50-54
• 4.2 DS18B20的软件设计54-57
• 4.3 DS1302的软件设计57-62
• 4.4 模数转换的软件设计62-63
• 4.5 浓度显示的软件设计63-66
• 4.6 按键的软件设计66-69
• 4.7 串行通信程序69-70
• 4.8 上位机软件设计70-75
• 4.8.1 上位机软件功能的分析71-72
• 4.8.2 上位机主界面软件功能的设计72-74
• 4.8.3 上位机采集模块软件功能的设计74
• 4.8.4 上位机数据查询模块软件功能的设计74-75
• 4.9 软件抗干扰设计以及低功耗设计75-76
• 4.10 本章小结76-77
• 第五章 系统的实验与总结77-81
• 5.1 系统的实验77-79
• 5.1.1 标准值与实际显示值对比的实验77
• 5.1.2 重复性实验77-78
• 5.1.3 交叉灵敏度实验78-79
• 5.1.4 稳定度测定实验79
• 5.2 系统的实验总结79-81
• 第六章 总结与展望81-85
• 6.1 本论文的工作总结81-82
• 6.2 课题的创新点82
• 6.3 工作展望82-85
• 参考文献85-89
• 附录89-111
• 致谢111-113
• 攻读硕士学位期间已发表和录用的学术论文113

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