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煤矿智能红外甲烷传感器系统的设计与实现

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我国是煤炭资源消耗的大国,煤炭的产量也位居世界首位,但煤矿的甲烷事故在煤矿安全生产事故中占的比例却非常的高,严重威胁着煤矿工人的生命安全。因此,在煤矿生产现场,能及时准确地对甲烷浓度进行检测,对保障井下安全生产具有十分重要的意义。 本课题根据国内外的同类产品情况,及国内煤矿使用的甲烷传感器应用环境,提出甲烷安全监控系统中,全量程红外甲烷传感器的研发项目。甲烷传感器在煤矿甲烷监测系统中有着非常重要的地位,它与系统中的分站,控制器及地面计算机组成监控系统。其主要功能要求完全符合或超过国家标准《AQ6211-2008煤矿用非色散红外甲烷传感器》的指标。传感器的分辨率,显示精度,基本误差,工作稳定性,显示响应时间等方面是本项目的研发重点与最终要求。 本文从检测原理入手,对比了多种气体检测方法,分析了各种检测方法的原理及优缺点。以红外检测原理为重点,详细分析了非色散红外检测方法的检测过程,它与传统的甲烷检测手段相比,具有稳定性高,维护周期长,检测精确等优点,非常适合煤矿环境应用。 在硬件的设计上,传感器采用ATmel公司的高性能AVR单片机做为核心处理芯片,其丰富的外设接口,出众的抗干扰性能及高效的C编译器,使其非常适合本产品的研发。传感器设计有RS485通讯接口,与系统中的其它设备进行数据交换;同时设计有频率输出端口,方便接入传统的甲烷系统;在控制信号的输出方面也设计有开关量的信号输出;红外检测部分采用防爆型红外传感头,以保证测量的精度,同时利用红外遥控设计对传感器的测量精度进行校准。 在单片机嵌入式软件上,采用传统的前后台系统,以主程序循环,结合外部中断,定时中断等,实现了基于RS485通讯的串口设计,红外解码设计,红外传感头通讯设计,甲烷浓度显示等应用程序的开发。结合通讯协议,配合甲烷安全监测系统,实现了甲烷浓度的远距离传输及相关的安全控制操作。 论文最后对传感器的主要性能,按国家相关标准的规定进行检测。目前已经送至国家相关部门进行检测。检测进展情况良好。

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