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基于FPGA的低功耗全量程快速瓦斯检测仪

作　者: 梁美玉
导　师: 李振壁
学　校: 安徽理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 低功耗 全量程 FPGA 瓦斯检测仪
分类号: TP183
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要


煤炭开发产业是我国的国民经济的重要支柱,但瓦斯爆炸严重威胁工人的生命安全,因此对瓦斯传感器的要求甚高。本研究设计的是一种高性能的瓦斯检测仪,虽然类似的瓦斯检测仪已经做了许多,但在速度、可靠性、功耗、检测范围等问题上都有待提高。针对以上问题,本研究提出基于FPGA的低功耗全量程快速瓦斯检测仪,相对传统的瓦斯检测仪进行了以下4个改进：1.FPGA作为核心控制器,提高了系统的可靠性,降低了系统的功耗,确保了瓦斯检测仪更加适应矿井的恶劣复杂环境；2.加入BP神经网络算法,利用当前时刻的前7个瞬时时态的瓦斯浓度,预测瓦斯浓度的稳态值,提高了瓦斯传感器的检测速度,增加了工人的作业安全系数；3.采取变流瓦斯检测的方法,扩大了瓦斯检测仪的检测量程,延长了瓦斯传感器的寿命,降低了成本；4.具有组成无线传感网络功能,当矿井存在大量瓦斯检测仪时,可以将这些检测仪组成网络,便于信息的相互传递,整体掌握矿井内部的环境。以上改进措施保证了本研究的瓦斯检测仪具有低功耗、全量程、快速的特性。整个研究以FPGA为核心处理器,整体设计分为红外遥控模块、数据显示模块、数据存储模块、无线通讯模块以及声光报警模块,加强了煤矿系统安全生产的环境保障与监控,具有一定的应用前景和经济前景。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-19
  1.1 瓦斯检测仪概述  11-13
  1.2 瓦斯检测仪研究进展及发展趋势  13-16
    1.2.1 传统的载体燃烧式瓦斯检测仪存在的问题  13-14
    1.2.2 目前的变流检测瓦斯传感器存在的问题  14-15
    1.2.3 关于瓦斯检测仪研究的发展趋势  15-16
  1.3 课题的现实意义及应用前景  16-17
  1.4 本研究的主要工作  17
  1.5 本章小结  17-19
2 载体催化元件特性分析  19-23
  2.1 载体催化元件的结构  19
  2.2 载体催化元件的检测原理  19-22
  2.3 载体催化元件的不足与注意事项  22
  2.4 本章小结  22-23
3 低功耗全量程快速瓦斯检测仪的功能和总体设计方案  23-37
  3.1 研究目标  23
  3.2 设计方案  23-36
    3.2.1 设计方案的确定  23-25
    3.2.2 传感元件的选择  25-26
    3.2.3 变流瓦斯检测方法的选取  26-28
    3.2.4 无线通讯技术的确定  28-31
    3.2.5 FPGA的选型  31-32
    3.2.6 硬件描述语言选择  32-33
    3.2.7 算法选择  33-35
    3.2.8 软件开发平台简介  35-36
  3.3 本章小结  36-37
4 瓦斯浓度反演策略  37-45
  4.1 BP网络算法简介  38-39
  4.2 BP网络算法的结构设计  39-42
  4.3 BP网络算法的训练  42-44
  4.4 BP神经网络算法的不足  44
  4.5 本章小结  44-45
5 瓦斯检测仪的硬件设计  45-65
  5.1 硬件电路的系统框架  45-46
  5.2 EP2C5Q208C8芯片及其配置  46-49
    5.2.1 EP2C5Q208C8芯片  46-47
    5.2.2 EP2C5Q208C8芯片的配置芯片  47-49
  5.3 EP2C5Q208C8芯片的外围电路  49-50
  5.4 系统电源模块  50-52
  5.5 外部存储器模块  52-55
  5.6 变流瓦斯检测模块  55-58
  5.7 无线通讯模块  58-60
  5.8 红外遥控及接收电路模块  60-64
  5.9 本章小结  64-65
6 瓦斯检测仪的软件设计  65-77
  6.1 总流程图  65-66
  6.2 瓦斯浓度的采样  66-67
  6.3 BP算法实现  67-69
  6.4 外部存储器读写  69-73
  6.5 时钟分频  73
  6.6 显示模块  73-75
  6.7 无线通讯模块  75-76
  6.8 本章小结  76-77
7 仿真实验结果及讨论  77-81
结论与展望  81-83
参考文献  83-85
致谢  85-86
作者简介及读研期间主要研究成果  86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化基础理论 > 人工智能理论 > 人工神经网络与计算
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