易燃易爆危险品探测系统研究

摘要

近年来，采用易燃易爆危险品进行恐怖袭击不断，且没有减弱的趋势，给人们生命和财产造成了极大的影响。另外，危险品在生产、运输、存放过程中发生泄露而引发的事故频繁发生，引起各国政府的极大关注。世界各国都在积极地探索更为有效、便捷的智能化探测装置，可以在第一时间探测环境中是否存在易燃易爆危险品，起到及早排除危险事故发生的目的。
　　为了更为有效的检测出易燃易爆危险品的含量及种类，本文将在实验室已制备的分子印迹聚合物(MIPs)的基础上，采用合理的工艺，设计分子印迹特异性传感器，同时设计合理的硬件电路，编写程序，引入相应算法，得到一种更为有效且低功耗、使用方便的易燃易爆危险品探测装置，能够实时、准确的探测出易燃易爆危险品的种类，及时确定危险品的具体位置，做到及早预警，排除隐患，减少危险品安全事故的发生。
　　论文采用多传感器融合技术，主要从两个方面进行研究:一方面有针对性的设计易燃易爆危险品探测系统硬件电路;另一方面结合相应的模块进行软件编程。硬件模块主要包括:探测模块驱动电路设计、信号采集模块设计、电源模块设计、A/D转换模块设计、LCD显示模块设计、报警模块、无线传输模块设计、抗干扰设计等;软件设计部分主要分为数据接收、数据融合、数据处理算法的设计。
　　通过大量实验验证了该探测系统能够有效的探测到环境中是否存在易燃易爆危险品及其种类、含量信息，对早期预防危险事故的发生能够起到一定的推动作用。

目录

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景和意义

1．1．1 论文研究的背景

1．1．2 论文研究的意义

1．2 易燃易爆危险品检测技术现状

1．2．1 易燃易爆危险品检测技术概况

1．2．2 易燃易爆危险品检测技术分类

1．3 国内外研究进展与现状

1．4 论文研究的主要内容和结构安排

1．4．1 论文研究的主要内容

1．4．2 论文的结构安排

2 探测系统总体设计

2．1 硬件整体设计

2．1．1 探测电路模块组成及功能

2．1．2 其他电路模块组成及功能

2．2 软件总体设计

2．2．1 测频模块

2．2．2 A／D转化模块

2．2．3 其他功能模块

2．3 本章小结

3 特异性传感器设计及选型

3．1 探测模块传感器组成

3．2 压电石英晶体传感器设计

3．2．1 石英晶体微天平传感器结构

3．2．2 QCM传感器原理

3．2．3 Sauerbrey理论验证

3．2．4 分子印迹聚合物的制备

3．2．5 特异性QCM传感器设计

3．2．6 特异性QCM传感器的性能参数

3．3 酒精、汽油传感器选型

3．3．1 酒精传感器选型

3．3．2 汽油传感器选型

3．4 本章小结

4 探测系统硬件电路设计

4．1 QCM特异性传感器探测电路设计

4．1．1 多谐振荡器电路原理

4．1．2 QCM传感器检测电路设计

4．2 酒精、汽油传感器探究

4．2．1 酒精、汽油传感器检测原理

4．2．2 酒精、汽油传感器浓度-电压关系标定

4．2．3 酒精、汽油传感器检测电路原理图设计

4．3 主板电路设计

4．3．1 主控芯片的选择

4．3．2 微控制器最小系统原理设计

4．3．3 二分频模块设计

4．3．4 按键模块设计

4．3．5 LCD显示模块设计

4．3．6 声光报警模块设计

4．3．7 通道选择模块设计

4．3．8 A／D模块外部电路设计

4．3．9 外部扩展模块设计

4．4 抗干扰设计

4．5 电路板的绘制

4．5．1 电路板印制规则设置

4．5．2 电路板3D模型

4．5．3 元器件封装及选型

4．6 电路板的焊接

4．7 本章小结

5 探测系统软件设计

5．1 开发环境简介

5．2 系统初始化

5．2．1 系统时钟初始化

5．2．1 I／O口初始化

5．2．3 A／D转化模块初始化

5．2．4 LCD初始化

5．3 LCD12864的显示

5．4 A／D转换

5．5 危险品检测

5．5．1 基于Sauerbrey理论的频率检测

5．5．2 酒精、汽油浓度检测

5．5．3 不同危险探测通道选择设计

5．6 数据融合算法实现

5．6．1 卡尔曼滤波算法原理

5．6．2 卡尔曼滤波算法实现

5．6．3 加权平均算法

5．6．4 融合算法的应用

5．7 本章小结

6 系统功能测试及实验验证

6．1 硬件电路测试

6．2 软件测试

6．2．1 程序的编写及设置

6．2．2 实验测试

6．3 实验数据记录及分析

6．3．1 QCM特异性传感器专一性试验

6．3．2 奥克托今分子探测数据分析

6．3．3 酒精、汽油气体数据检测及分析

6．4 本章小结

7 总结及展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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