煤矿井下粉尘浓度检测技术研究

摘要

煤矿的安全生产是我国乃至世界都非常关注的问题，近几年各国关于煤矿安全生产的措施层出不穷，但是这些措施对煤矿井下的事故发生率控制并没有达到期望值。影响煤矿井下发生安全事故的因素非常多，其中最严重的是由于矿井粉尘浓度过高引发的煤矿爆炸，所以有效控制煤矿下粉尘浓度非常重要。
　　本课题重点研究了粉尘浓度检测方法，根据煤矿井下粉尘颗粒的特点，选用非取样法中的光散射法作为粉尘浓度的测量方法。在理想情况下散射光的光强与粉尘的质量浓度成正比例关系，课题中将散射光强度转换成电信号，根据检测出的电信号得出粉尘浓度。由信号处理电路、数据采集电路、微控制电路、报警电路、串口电路、电源供电系统等构建出粉尘浓度检测装置的硬件系统。下位机系统核心部件选择的是低功耗PIC16F877芯片。利用C语言编写单片机程序，完成软件设计，控制整个装置正常工作，实时显示粉尘浓度并在浓度过高时发出报警信号。根据传感器输出信号的特点，采用两级放大电路，即调理放大电路、隔离放大电路构成信号处理电路，通过运算放大芯片OP27和AD8221共同完成;敏感部件选用的是夏普光学粉尘传感器GP2Y1010AU，经过外部激励后输出模拟信号，模拟信号通过高性能的AD7810进行转换，将输出数据传送给控制部件单片机进行数据处理并通过显示屏显示粉尘浓度。此外，PIC16F877板载资源中有一个有源蜂鸣器，当粉尘浓度值达到限定值时驱动蜂鸣器发出报警指示音。
　　课题设计出的粉尘浓度检测装置通过实验证明能够完成如下功能:(1)实时在线检测煤矿井下粉尘浓度(2)粉尘浓度过高将会发出报警信号。该粉尘浓度检测装置对的测量误差非常小，达到了较好的测试效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外粉尘浓度检测技术的现状与发展趋势

1．2．1 国外粉尘浓度检测技术的现状与发展趋势

1．2．2 国内粉尘浓度检测技术的现状与发展趋势

1．3 本论文研究的主要内容

2 粉尘浓度测试方法的理论研究

2．1 取样法测试

2．1．1 传统的样品测试方法

2．1．3 晶体振动法

2．2 非取样法

2．2．1 光透射法

2．2．2 静电法

2．2．3 摩擦电法

2．2．4 光散射法

2．3 可行性分析

2．4 本章小结

3 粉尘浓度检测装置系统的设计方案

3．1 粉尘浓度检测装置系统的功能

3．2 粉尘浓度检测装置的系统结构

3．3 硬件选型

3．4 粉尘浓度检测仪的工作原理

3．5 本章小结

4 粉尘浓度检测装置硬件系统的设计

4．1 硬件电路的整体构造

4．2 单片机最小系统

4．3 粉尘浓度检测装置前置放大电路

4．4 数据采集电路一

4．4．1 AD7810模数转换芯片的介绍

4．4．2 模数转换电路的设计

4．5 粉尘浓度检测装置外围电路的设计

4．5．1 电源模块设计

4．5．2 粉尘浓度检测装置显示模块

4．5．3 报警模块

4．5．4 传感模块

4．6 环境温度信号采集电路

4．7 串行通信接口电路

4．7．1 串口通信协议RS-232标准

4．7．2 MAX232芯片介绍

4．7．3 串行接口电路设计

4．8 本草小结

5 粉尘浓度检测仪软件设计

5．1 粉尘浓度检测装置软件的总体设计

5．1．1 软件开发平台

5．1．2 粉尘浓度检测装置主程序设计

5．2 数据采集程序设计

5．3 报警模块软件设计

5．4 串口通信程序设计

5．5 本章小结

6 系统的测试和结果分析

6．1 粉尘浓度检测装置的硬件调试

6．2 粉尘浓度检测装置的性能测试

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢