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。 【关键词】：甲烷 检测 干涉 CCD CPLD
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 甲烷检测简介14-16
• 1.1.1 便携式瓦斯检测仪表14-15
• 1.1.2 瓦斯自动监测监控系统15-16
• 1.2 光干涉甲烷检测仪和其他类型甲烷检测仪的比较16-17
• 1.2.1 测量范围及误差16
• 1.2.2 外界气体的影响16-17
• 1.2.3 结论17
• 1.3 传统光干涉甲烷检测器的不足17
• 1.4 本系统设计指标及功能17-18
• 1.4.1 主要指标17-18
• 1.4.2 功能18
• 1.5 章节安排18-20
• 第二章 系统设计原理及总体构架20-28
• 2.1 光干涉原理20-24
• 2.1.1 杨氏干涉原理20-21
• 2.1.2 薄膜干涉原理21-23
• 2.1.3 嵌入式光干涉甲烷检测仪光学原理23-24
• 2.2 嵌入式光干涉甲烷检测仪智能读数原理24-25
• 2.3 嵌入式光干涉甲烷检测仪性能分析25-27
• 2.4 嵌入式光干涉甲烷检测仪系统构架27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 光路设计28-38
• 3.1 CCD简介28-30
• 3.1.1 各国 CCD发展现状28-29
• 3.1.2 CCD发展趋势29-30
• 3.1.3 CCD应用30
• 3.2 典型 CCD光学系统30-35
• 3.2.1 焦点、焦平面31
• 3.2.2 主点、主平面31
• 3.2.3 光学系统的物像位置公式31-32
• 3.2.4 光学系统的放大率32-33
• 3.2.5 光学系统中光栅的作用33
• 3.2.6 照明系统33-34
• 3.2.7 典型光学系统34-35
• 3.3 嵌入式光干涉甲烷检测仪光路设计35-37
• 3.3.1 平面镜成像方式35
• 3.3.2 照明系统设计35-36
• 3.3.3 平行平面镜设计36-37
• 3.4 本章小节37-38
• 第四章 电路设计38-63
• 4.1 CCD驱动电路设计38-44
• 4.1.1 CCD驱动电路方法介绍38-40
• 4.1.2 TCD1206的特性介绍40-41
• 4.1.3 本系统驱动方法41-44
• 4.2 前置放大电路44
• 4.3 低通滤波电路44-46
• 4.4 信号处理与数据采集基本方法46-48
• 4.4.1 二值化处理方法46-48
• 4.4.2 量化处理48
• 4.5 本系统数据采集方法48-52
• 4.5.1 DMA方法简介48-49
• 4.5.2 ADC选择49-51
• 4.5.3 DMA设计51-52
• 4.6 C8051F021与键盘及RS232接口设计52-55
• 4.6.1 键盘设计53-54
• 4.6.2 RS232接口设计54-55
• 4.7 C8051F021与液晶显示器接口设计55-57
• 4.7.1 直接访问方式56
• 4.7.2 间接访问方式56
• 4.7.3 本系统访问方式56-57
• 4.8 电源模块设计57-60
• 4.8.1 12V电源电路58-59
• 4.8.2 5V电源电路59-60
• 4.9 电路板设计60-62
• 4.9.1 电源系统及产生的寄生效应60-61
• 4.9.2 串扰及其消除61-62
• 4.10 本章小结62-63
• 第五章 软件设计63-66
• 5.1 应用软件功能模块组成63
• 5.2 软件算法及流程63-65
• 5.2.1 整体流程63-64
• 5.2.2 数字化测量 A，B，C，D的软件算法64-65
• 5.2.3 读小键盘气压、温度得校正系数流程65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 课题研究成果总结66
• 6.2 进一步的展望66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71

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