嵌入式光干涉甲烷检测仪设计

摘要

光干涉甲烷检测仪性能稳定、使用寿命长,测量准确,是我国煤矿主要的便携式甲烷检测仪器.但现有的光干涉甲烷检测仪存在自动化程度低、测量方法繁琐、读数不直观,人为误差较大、不能存储数据的缺点.针对以上不足,本文根据光干涉甲烷检测仪的检测原理,结合现代光电转换技术和电子技术的应用,从图象分析和信息处理的角度出发,提出了基于线阵CCD的嵌入式的光干涉甲烷检测仪. 光干涉甲烷检测的关键是干涉条纹中白基线以及黑色条纹位置的检测,系统采用线阵CCD成像获取条纹的位置.CCD是一种性能独特的半导体光电器件,近年来在摄象、工业检测等科技领域里得到了广泛的应用.将CCD技术应用于位置测量可以实现高精度和非接触测量的要求. 系统采用CPLD提供CCD的驱动并作为RAM的地址发生器.CCD输出信号在经过放大、去噪、采样量化后,被送到静态存储器中,由单片机按照重心法对数据进行分析和处理,在参考校正系数后存储和显示甲烷浓度,如浓度超限,系统可自动报警.用户还可以通过串口将数据传送给PC机. 本系统使用方便、精度高、数据可储存,克服了传统光干涉甲烷检测仪的缺点,技术指标和功能都得到较大改善.

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致谢

第一章绪论

1.1甲烷检测简介

1.1.1便携式瓦斯检测仪表

1.1.2瓦斯自动监测监控系统

1.2光干涉甲烷检测仪和其他类型甲烷检测仪的比较

1.2.1测量范围及误差

1.2.2外界气体的影响

1.2.3结论

1.3传统光干涉甲烷检测器的不足

1.4本系统设计指标及功能

1.4.1主要指标

1.4.2功能

1.5章节安排

第二章系统设计原理及总体构架

2.1光干涉原理

2.1.1杨氏干涉原理

2.1.2薄膜干涉原理

2.1.3嵌入式光干涉甲烷检测仪光学原理

2.2嵌入式光干涉甲烷检测仪智能读数原理

2.3嵌入式光干涉甲烷检测仪性能分析

2.4嵌入式光干涉甲烷检测仪系统构架

2.5本章小结

第三章光路设计

3.1 CCD简介

3.1.1各国CCD发展现状

3.1.2 CCD发展趋势

3.1.3 CCD 应用

3.2典型CCD光学系统

3.2.1焦点、焦平面

3.2.2主点、主平面

3.2.3光学系统的物像位置公式

3.2.4光学系统的放大率

3.2.5光学系统中光栅的作用

3.2.6照明系统

3.2.7典型光学系统

3.3嵌入式光干涉甲烷检测仪光路设计

3.3.1平面镜成像方式

3.3.2照明系统设计

3.3.3平行平面镜设计

3.4本章小节

第四章电路设计

4.1 CCD驱动电路设计

4.1.1 CCD驱动电路方法介绍

4.1.2 TCD1206的特性介绍

4.1.3本系统驱动方法

4.2前置放大电路

4.3低通滤波电路

4.4信号处理与数据采集基本方法

4.4.1二值化处理方法

4.4.2量化处理

4.5本系统数据采集方法

4.5.1 DMA方法简介

4.5.2 ADC 选择

4.5.3 DMA设计

4.6 C8051F021与键盘及RS232接口设计

4.6.1键盘设计

4.6.2 RS232接口设计

4.7 C8051F021与液晶显示器接口设计

4.7.1直接访问方式

4.7.2间接访问方式

4.7.3本系统访问方式

4.8电源模块设计

4.8.1 12V电源电路

4.8.2 5V电源电路

4.9电路板设计

4.9.1电源系统及产生的寄生效应

4.9.2串扰及其消除

4.10本章小结

第五章软件设计

5.1应用软件功能模块组成

5.2软件算法及流程

5.2.1整体流程

5.2.2数字化测量A，B，C，D的软件算法

5.2.3读小键盘气压、温度得校正系数流程

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1课题研究成果总结

6.2进一步的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文