本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)

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【摘要】：在煤礦安全生產(chǎn)過程中,礦用氣體傳感器起著至關(guān)重要的作用,它可以實時監(jiān)測礦井下的各種有毒有害氣體,所以它的可靠性和靈敏度是非常重要的。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局對礦用氣體傳感器的定期調(diào)校作了完善的規(guī)定。利用礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)可以有效地完成礦用氣體傳感器的顯示值、響應(yīng)時間和報警功能的調(diào)校,確保煤礦的安全生產(chǎn)。 由于礦用氣體傳感器的大量使用,大中型煤礦生產(chǎn)過程中需要調(diào)校的傳感器數(shù)量非常大,而目前的調(diào)校系統(tǒng)最多只能對4-8臺傳感器進行同時調(diào)校,有時在一個周期內(nèi)根本無法完成對傳感器的調(diào)校,成為制約煤炭生產(chǎn)的主要瓶頸。針對上述問題,本文設(shè)計了一種基于FPGA的多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng),該系統(tǒng)以C8051F020單片機和FPGA協(xié)同工作作為核心控制器件,通過與工控機的通信實現(xiàn)同時對64臺礦用氣體傳感器的自動調(diào)校。該系統(tǒng)分為工控機、氣路控制、信號采集和紅外調(diào)校四個模塊,其中工控機模塊負(fù)責(zé)調(diào)校指令的發(fā)送、數(shù)據(jù)的采集處理和調(diào)校過程的監(jiān)控；氣路控制模塊負(fù)責(zé)對標(biāo)準(zhǔn)氣體進氣氣路的切換、通入標(biāo)準(zhǔn)氣體流量的控制和64路氣體傳感器氣路的控制；信號采集模塊負(fù)責(zé)采集64路氣體傳感器的輸出信號作為調(diào)校的依據(jù)；紅外調(diào)校模塊負(fù)責(zé)對64路礦用氣體傳感器發(fā)送紅外調(diào)校信號實現(xiàn)調(diào)校任務(wù)。 針對在對64路礦用氣體傳感器同時調(diào)校時,由于單片機I/0口和其他片上資源的限制,難以實現(xiàn)同時對64路礦用氣體傳感器調(diào)校的問題,應(yīng)用FPGA對單片機進行擴展,由FPGA負(fù)責(zé)對64路氣體傳感器氣路的控制、64路氣體傳感器的輸出信號的采集以及64路礦用氣體傳感器紅外調(diào)校信號的發(fā)送,保證了多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)調(diào)校任務(wù)的完成。 對多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)進行了實驗調(diào)試,調(diào)試結(jié)果表明：該系統(tǒng)能有效完成同時對64臺礦用氣體傳感器的調(diào)校任務(wù),具有精度高、效率高、穩(wěn)定性好的特點；更重要的是,在對大批量礦用氣體傳感器進行調(diào)校時,該系統(tǒng)調(diào)校速度快,調(diào)校時間短,保證了大中型煤礦大批量礦用氣體傳感器調(diào)校任務(wù)的完成,確保煤礦的正常生產(chǎn)。而且本系統(tǒng)利用單片機和FPGA協(xié)同工作,充分利用單片機工作穩(wěn)定、控制能力強的優(yōu)勢和FPGA速度快、設(shè)計靈活的優(yōu)勢,具有很強的實用性和可擴展性。
【關(guān)鍵詞】：FPGA 單片機 多路氣體傳感器 智能調(diào)校系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TD71;TN791
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 課題研究的背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文完成的工作13-15
• 第二章 多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)原理及設(shè)計方案15-29
• 2.1 礦用氣體傳感器15-17
• 2.1.1 氣體傳感器的分類15-16
• 2.1.2 智能傳感器工作原理16-17
• 2.2 礦用氣體傳感器調(diào)校原理17-18
• 2.3 多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)方案設(shè)計18-29
• 2.3.1 系統(tǒng)難點18-20
• 2.3.2 整體方案設(shè)計20
• 2.3.3 工控機模塊20-22
• 2.3.4 氣路控制模塊22
• 2.3.5 紅外調(diào)校模塊22-27
• 2.3.6 數(shù)據(jù)采集模塊27-29
• 第三章 多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)的核心器件29-45
• 3.1 FPGA芯片29-34
• 3.1.1 FPGA的開發(fā)流程29-31
• 3.1.2 選擇FPGA的方法31-32
• 3.1.3 硬件描述語言的選擇32-33
• 3.1.4 開發(fā)工具的選擇33-34
• 3.2 FPGA最小系統(tǒng)設(shè)計34-39
• 3.2.1 電源35-36
• 3.2.2 下載方式36-38
• 3.2.3 配置FLASH芯片38-39
• 3.2.4 復(fù)位電路39
• 3.3 MCU芯片39-41
• 3.3.1 單片機型號選擇39-40
• 3.3.2 軟件開發(fā)環(huán)境Sil icon Laboratories IDE40-41
• 3.4 C8051F020最小系統(tǒng)設(shè)計41-45
• 3.4.2 串行通信接口設(shè)計41-42
• 3.4.3 JTAG接口設(shè)計42-43
• 3.4.4 復(fù)位和時鐘電路電路設(shè)計43-45
• 第四章 多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)45-55
• 4.1 氣路控制模塊硬件設(shè)計45-50
• 4.1.1 標(biāo)準(zhǔn)氣體控制電路46
• 4.1.2 氣體流量控制電路46-48
• 4.1.3 氣路控制電路48-50
• 4.2 氣體傳感器數(shù)據(jù)信號采集電路硬件設(shè)計50-51
• 4.3 紅外控制電路硬件設(shè)計51-52
• 4.4 硬件電路抗干擾處理52-55
• 第五章 多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)軟件設(shè)計55-75
• 5.1 單片機程序設(shè)計55-66
• 5.1.1 主程序設(shè)計與交叉開關(guān)配置55-58
• 5.1.2 通信協(xié)議的設(shè)定58-59
• 5.1.3 串口通訊程序設(shè)計59-61
• 5.1.4 氣路控制程序設(shè)計61-62
• 5.1.5 傳感器輸出信號采集程序62-63
• 5.1.6 模擬信號采集及均值濾波器程序設(shè)計63-66
• 5.2 FPGA程序設(shè)計66-75
• 5.2.1 標(biāo)準(zhǔn)氣路控制FPGA程序設(shè)計66-68
• 5.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊FPGA的軟件設(shè)計68-72
• 5.2.3 紅外控制模塊FPGA的軟件設(shè)計72-75
• 第六章 多路礦用氣體傳感器調(diào)校系統(tǒng)運行測試75-79
• 6.1 系統(tǒng)調(diào)校要求75
• 6.1.1 調(diào)校環(huán)境條件75
• 6.1.2 調(diào)校標(biāo)準(zhǔn)樣氣75
• 6.2 系統(tǒng)運行實驗75-79
• 6.2.1 系統(tǒng)頻率測量誤差76
• 6.2.2 響應(yīng)時間實驗76-77
• 6.2.3 調(diào)校完成時間實驗77-79
• 第七章 總結(jié)與展望79-81
• 7.1 總結(jié)79-80
• 7.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 致謝85-86
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文86

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：1066203