智能无线瓦斯传感器的研制

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1、山东大学硕士学位论文摘要瓦斯爆炸是造成煤矿安全事故的重大因素之一，给国家和人们生命财产造成了重大损失。因此对瓦斯进行实时检测在煤矿安全生产系统中显得非常重要，而要实现瓦斯的连续动态检测，智能化、无线化的瓦斯传感器是必不可缺少的条件。载体催化瓦斯传感器以其灵敏度高、测量范围大、频率响应范围宽、体积小等优点，广泛应用于煤矿的瓦斯浓度检测系统。但也存在着“零漂”和受温度影响非线性误差比较大的缺点，从而影响了传感器的测量精度。改进型BP神经网络具有良好的非线性逼近能力，广泛应用于传感器的非线性校正；ZigBee是一种低复杂

2、度、低功耗、低成本、低数据速率、短距离双向无线通信技术，可以实现传感器数据的无线传输。本文的基本出发点就是利用现有瓦斯传感器，综合计算机处理技术、ZigBee无线通信技术，提高传感器工作稳定性，拓展其功能，并赋予了其智能化特性。本文的工作主要集中在以下几个方面：基于对瓦斯传感器检测原理的研究，采用载体催化传感器作为智能无线传感器的传感单元。针对载体催化瓦斯传感器的“零漂”和非线性，利用单片机进行“零漂”的智能校正，采用改进型BP神经网络对传感器进行非线性校正，并在此基础上对BP算法进行了改进。研究了改进型BP神经网

3、络的计算规则和过程误差反向传播算法，总结出具体的算法步骤，并根据算法步骤画出程序流程图。设计了一个输入层、一个隐含层、一个输出层的改进型BP神经网络，在计算机上通过对测量数据的仿真试验，该方法达到了预期的校正效果，并给出了测量数据非线性校正的仿真结果。通过对ZigBee、蓝牙、WiFi等无线通信技术的比较，采用ZigBee技术作为智能传感器的通信方式，深入探讨了该技术的优势，在此基础上对Freescalc单片机MC9S08GT60和射频芯片MCl3193的功能结构和工作原理进行了研究，并且以它们为基础，设计了Zig

4、Bee模块，完成了智能传感器无线通信平台的硬件山东大学硕士学位论文搭建。然后对传感器信号调理电路以及瓦斯传感器与ZigBee模块的接口进行了设计，实现了智能无线瓦斯传感器，并对传感器工作模式进行了低功耗设计。给出了智能无线瓦斯传感器的整体硬件结构框图，软件方面设计了整体流程和两个传感器之间的通信流程。综合了瓦斯传感器非线性校正的仿真结果，以表格的形式存储在单片机的Flash中，在PC机上借助串口调试工具实现了两个传感器点对点方式的无线通信。关键字：瓦斯传感器：非线性；ZigBee；MCl3193Ⅱ山东大学硕士学位论

5、文!lE!自

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7、!!!!!g!!!自E目目EABSTRACTThegasexplosionisoneofthesignificantfactorsincoalminesecurityaccidents，andithascausedtheheavylossesfornationalandthepeople’slifeandtheproperties．Therefore，itisimportanttocarryonthemethanereal．timemonitoringin

8、coalmineproductionsafetysystem．Ifthemethanedetectionistobecarriedoutdynamicallyandcontinuously,theintellectualizedandwirelessmethanesensoristheessentialcondition．Thesupportcatalyticmethanesensorhasbeenwidelyusedinmethanemonitoringsystemofcoalminebecauseofitsex

9、cellencequalitiesofhighsensitivity,largerangeofmeasurement,widerangeoffrequencyresponse，smallvolumeandsooil·Buttheexistingsupportcatalyticmethanesensorhasthedisadvantagesof”zerodrifting”andseriousnonlinearerroraffectedbytemperature．Thesedisadvantageshaveinflue

10、ncedmeasuringaccuracyofthesensoLImprovedBPneuralnetworkhasexcellencecapabilityfornonlinearapproximation，andiswidelyselectedtoachievenonlinearcorrectionforsensor．zigBeeisalowcomplex