基于arm的在线甲烷浓度检测仪

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1、论文题目基于ARM的在线甲烷浓度检测仪学科专业材料科学与工程指导教师彭斌副教授作者姓名徐琴学号200921030452万方数据分类号密级注1UDC学位论文基于ARM的在线甲烷浓度检测仪（题名和副题名）徐琴（作者姓名）指导教师姓名彭斌副教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请专业学位级别硕士专业名称材料科学与工程论文提交日期2012.03论文答辩日期2012.04学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人2012年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及

2、取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论

3、文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要本文研制了一种专用于测试和预警矿井甲烷浓度的检测仪，它基于气体分子的红外吸收原理，采用了非分光技术（NDIR），并选用了带有ARM（AdvancedRISCMachines）Cortex-M3内核的STM32单片机作为微处理单元对整个系统进行控制，并以滤光片将作为激励源的脉冲红外光源发出的光分为两路，一路光波长为3.31μm，称为测试通道，一路光波长为4.00μm，称为参考通道，通过对这两路通道的测试数据的参比处理，最终得出测试甲烷的浓度。在大量的研究考证中设计了一套相对完整的系统软硬件构架。

4、硬件方面，提出了弯管气室的结构设计，有效延长光路使气体能充分吸收红外光，并将光源及热释电红外探测器集成在气室上构成一个完整的气体分析系统，使三者相对位置不变，有效减少误差。选择了合适的滤光片配合热释电探测器以达到单光路双波长的效果。设计了滤波和放大电路对探测器输出的微弱信号进行了调理以满足单片机处理电压范围，并设计有液晶输出接口对测量数据进行实时的显示，同时也能通过串口连接至上位机，对实验数据进行在线查询和保存。软件方面，采用模块化的设计方式，对测试数据的采集和处理进行了有效的编程控制，STM32驱动A/D转换模块采用了多次去噪算法、多次算术平均滤波和前向积分

5、法对所得电压数据进行采集，最终提高了模数转换的分辨率，保证了测量的精度，且报警值写入EEPROM,实现了断电保存。在仪器标定上，创新使用了在单片机中植入查询表程序的方式，即是在实验收集到一定量数据的基础上用有限的数据点在软件中用回归拟合的方式得到一条反映甲烷浓度与测试数据之间关系的呈指数式的曲线，再通过软件算出其一一对应的更密集的浓度点，将浓度与测试数据的对应信息以查询表程序的方式植入单片机，在实际测量过程中即可根据测试数据输出对应浓度信息。大量实验显示，该检测仪具有不易中毒，不易爆炸和响应速度快的特点，且功耗和体积较小。偏移量最大仅0.286%，系统灵敏度达

6、到了100ppm，响应时间为25S，测试系统的各项性能基本达标，达到了预期效果。关键词：红外吸收原理，NDIR，ARMCortex-M3，甲烷浓度，弯管气室I万方数据ABSTRACTABSTRACTAMethaneConcentrationDetectorthatusedespesicallyforearlywarninginthecoalmineisintroduced,whichisbasedonthegasmolecule’sabsorbinginfraredprinciple.ThewholesystemusetheNDIRtechnicanditsM

7、CUisSTM32Single-chipMicrocomputerwiththeARMCortex-M3core.thedrivingsourceis3.31μmwavelengthimpulsiveinfraredcombinedwith4.00μmwavelengthasthereferenceinfrared,andalsodesignanintegratedhardwareandsoftwareframeworkforthesystem.Abentpipestructureisdesignedforthesystemtoeffectivelyexten

8、dthelightpath,which