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可燃气体探测报警系统的研究与设计

作　者: 闫保双
导　师: 戴瑜兴
学　校: 湖南大学
专　业: 电路与系统
关键词: 气敏传感器温湿度补偿气体探测器 FCS监测报警系统抗干扰
分类号: X924.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

近年来,可燃气体作为清洁能源已在居民生活和工商业中得到广泛的应用,对提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。但是,燃气一旦泄漏不仅会导致环境污染,甚至会引发中毒、爆炸、死亡事故的发生。因此,可燃气体监测报警系统已成为安全防范领域的热门研究课题。本文正是针对这一课题研究设计的可燃气体探测报警系统。首先,文章论述了可燃气体探测报警系统的技术现状及发展趋势,阐述了课题的研究意义,重点研究了可燃气体探测的原理、RS-485总线技术以及半导体型气体探测器的设计方法、气体探测报警系统的结构等。其次,给出了可燃气体探测报警系统的总体设计方案,构建了系统模型,阐述了模型的组成结构及其工作原理,并对系统各个模块的硬件和软件设计及实现作了详细的说明。将现场总线技术用于可燃气体探测报警系统,并用PIC单片机实现探测器的智能化,系统通信实现“全数字化”,大大提高了系统的可靠性。其三,在对半导体型气体传感器的工作特性和大量的实验数据进行研究分析的基础上,建立了气体传感器温湿度补偿数学模型,给出了软件补偿的实现方法,该方法可以实现宽温湿度范围的补偿,较之硬件补偿方式而言,具有更加灵活,补偿效果好,成本低的优点。其四,对影响系统报警可靠性的环境因素、杂质气体干扰、元器件发热等原因进行了分析,并在软硬件设计方面给出相应的抗干扰措施。最后,对系统进行了实验,得出了探测器的灵敏度特性、温湿度特性、长期稳定性等关键特性的测试数据,并对结果进行了分析。本文所设计的可燃气体探测报警系统,可以有效的实现对环境中的燃气泄漏进行监控,对燃气泄漏所导致的事故进行预防。具有灵敏度高,可靠性高,组网灵活的优点。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题背景  10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-13
    1.2.1 气敏元件的技术现状及发展趋势  10-11
    1.2.2 气体探测器的技术现状及发展趋势  11-12
    1.2.3 气体探测系统的技术现状及发展趋势  12-13
  1.3 课题研究意义及本文主要研究内容  13-15
第2章可燃气体探测报警系统的技术基础  15-25
  2.1 常用的气体探测技术  15-19
    2.1.1 气体传感器的基本探测原理  15-18
    2.1.2 气体探测方法的比较  18
    2.1.3 气体传感器的主要特性指标  18-19
  2.2 半导体型可燃气体探测器的设计方法  19-23
    2.2.1 气体信号采集  19-20
    2.2.2 取样电阻的选择方法  20-21
    2.2.3 温湿度补偿方法  21-23
  2.3 RS-485 总线技术  23-25
第3章气体探测报警系统的总体方案及硬件设计  25-41
  3.1 可燃气体探测报警系统总体结构设计  25-27
    3.1.1 可燃气体探测报警系统总体设计思想  25
    3.1.2 总体结构及工作原理  25-27
  3.2 探测器的硬件设计  27-37
    3.2.1 探测器的整体结构  27-28
    3.2.2 微处理器的选择  28-29
    3.2.3 气敏元件的选择  29-32
    3.2.4 气体信号采集及信号调节电路  32-33
    3.2.5 温湿度测量电路  33-35
    3.2.6 数据存储电路  35-36
    3.2.7 声光报警及输出控制电路  36-37
  3.3 区域控制器的硬件结构  37-38
  3.4 探测器的总线接口设计  38-41
    3.4.1 通信方式的选择  38-39
    3.4.2 收发器的选择  39-40
    3.4.3 接口电路的设计  40-41
第4章系统软件设计及抗干扰研究  41-57
  4.1 程序设计语言及开发环境  41-42
  4.2 下位机软件设计  42-48
    4.2.1 设计要求  42
    4.2.2 主程序的设计  42
    4.2.3 温湿度补偿算法子程序的设计  42-44
    4.2.4 A/D 采集及信号处理子程序的设计  44-48
  4.3 上位机软件设计  48-49
    4.3.1 软件总体设计  48-49
    4.3.2 系统监测模块设计  49
  4.4 系统通信的软件设计  49-51
  4.5 系统抗干扰研究  51-57
    4.5.1 环境温湿度及空气流的影响  51-53
    4.5.2 杂质气体干扰  53-54
    4.5.3 加热器及内部发热的影响  54
    4.5.4 其他元器件的干扰  54-57
第5章实验及分析  57-63
  5.1 实验环境  57-58
  5.2 气样的配置  58-59
  5.3 实验结果与分析  59-62
    5.3.1 报警动作值实验  59
    5.3.2 常温下灵敏度检测实验  59-60
    5.3.3 高低温实验  60-61
    5.3.4 长期稳定性实验  61-62
  5.4 实验过程中应注意的问题  62-63
总结与展望  63-65
参考文献  65-68
附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）  68-69
附录B（攻读学位期间参加的科研项目）  69-70
附录C（部分程序源代码）  70-75
致谢  75

可燃气体探测报警系统的研究与设计

内容摘要

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