矿用粉尘浓度检测器设计

摘要

煤矿粉尘严重危害工人健康和财产安全，粉尘的检测已引起国家的重视。本文在Mie散射理论基础上，研究了粒径对散射光强分布的影响。利用散射光强与透射光强的比值，建立散透比与粉尘浓度的数学关系模型。采用激光传感技术，选择合适的光学元器件，设计了一种新型矿用粉尘浓度检测器。
　　该粉尘浓度检测器利用MSP430超低功耗单片机对相应信号进行数据采集和处理，通过MAX485总线向地面进行数据传输。本文完成了检测器硬件和软件的设计工作。其中硬件设计由稳频激光电源模块、光学信号检测模块、红外遥感模块、数码显示模块、通信模块等功能模块组成。稳频激光电源模块可使激光信号稳频输出。光学信号检测模块实现光信号与电信号之间的转换及微弱电信号的处理。利用红外遥感模块完成遥控器与检测器之间刚的发送和接收。数码显示模块用来显示输出的粉尘浓度值。检测器软件设计由微处理器围绕主程序对相应信号进行数据处理，实现了遥控解码、数据采集、数据滤波、浓度标定、数据写入、数码显示、串口通讯模块和标准电流输出等功能。
　　本文设计的粉尘浓度检测器实现了在线监测，实时输出，提高了检测器的可靠性和实用性，更具有体积小、重量轻、操作简单、功耗低等优点，可广泛用于检测工矿企业、公共场所等环境中的粉尘浓度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 国内外粉尘浓度检测技术现状

1．3．1 取样法

1．3．2 非取样法

1．4 课题来源与主要研究的内容

第2章 粉尘浓度检测器系统总体设计

2．1 粉尘浓度检测系统理论分析

2．1．1 光散射理论检测粉尘颗粒可行性分析

2．1．2 光散射、透射理论研究分析

2．1．3 粉尘浓度的光散透比理论模型

2．2 粉尘浓度检测器整体设计方案

2．3 检测器中关键器件选取

2．3．1 主控模块选取

2．3．2 激光器选取

2．3．3 光电检测器选取

2．4 粉尘检测器结构设计

2．4．1 放置激光器和硅光电池的结构设计

2．4．2 激光光强信号检测处理电路研究设计

2．5 本章小结

第3章 粉尘浓度检测器硬件设计

3．1 粉尘浓度检测器硬件电路设计

3．1．1 电压转换电路设计

3．1．2 红外遥控电路设计

3．1．3 模拟电子开关设计

3．1．4 稳频激光电源电路设计

3．1．5 检测信号处理电路设计

3．1．6 检测器输出信号设计

3．1．7 串行通信UART1接口电路设计

3．1．8 显示电路设计

3．1．9 声光报警电路设计

3．1．10 硬件抗干扰设计

3．2 本章小结

第4章 粉尘浓度检测器软件设计

4．1 粉尘浓度检测器软件主体设计

4．1．1 单片机系统主程序设计

4．1．2 模数转换器模块程序设计

4．1．3 红外遥控解码模块程序设计

4．1．4 标定程序设计

4．1．5 信息存储器写入程序设计

4．1．6 测量浓度超标报警设计

4．1．7 检测器显示输出设计

4．2 测量的软件修正法

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢