面向声表面波瓦斯传感器的检测报警系统研究

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1、西安科技大学硕士学位论文面向声表面波瓦斯传感器的检测报警系统研究专业名称：物理电子学作者姓名：周晨蕾指导教师：张涛学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集团已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。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做了明确说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：论文题目：面向声表面波瓦斯传感器的检测报警系

2、统研究专业：物理电子学硕士生：周晨蕾（签名）_____________指导教师：张涛教授（签名）_____________摘要煤矿安全是煤炭工作的第一位，煤矿瓦斯安全则是煤矿安全的重中之重。煤矿井下瓦斯浓度的实时检测与煤矿井下工作人员的安全息息相关，如何更及时、更准确、更方便、更智能的监测煤矿瓦斯分布，是提高煤矿瓦斯安全技术的关键。因此，高灵敏度、体积小、便于无线与集成的瓦斯传感技术成为煤矿安全监测技术及智慧化建设未来发展的必然需求。声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）瓦斯传感器体积小、灵敏度高、工作稳定、易

3、于集成化及无线化，适应未来煤矿安全监测技术发展要求，有望在煤矿瓦斯检测及智慧化矿山建设中发挥巨大作用。本文主要针对声表面波瓦斯传感器的声光报警系统进行研究，主要包括下位机和上位机两个部分。下位机方面，通过对声表面波瓦斯气体传感器的检测原理和检测方法进行分析，选择双通道延迟线型结构的混频检测法设计声光报警系统。该声光报警系统中，声表面波传感器件的中心频率为300MHz，信号经过混频得到倍频和差频信号，再经过二阶低通滤波器，最终得到本报警系统所接入的低频差频信号。通过AD708和LM393的放大整形，送入到STM32主控芯片TIM3的

4、CH1通道，通过上升沿检测对信号频率进行测试。其判断过程中，采用了方便且灵活的计数测频法，设置60ms的巡检周期，对采集到的频率信号分为三级语音报警，通过语音芯片AP89042A的PWM直推模式驱动1W16Ω扬声器来完成声报警，采用高亮LED灯来完成光报警，最后选用4×8汉字显示位的LCD12864显示屏模块、挂载基于SPI模式的2G大小的SD卡存储模块，并移植了FATFS文件系统。整个下位机中完成了对采集信号的记录、判断、报警、显示以及数据的存储和上位机的通信功能。上位机方面，利用上位机编程软件C++Builder进行瓦斯气体检

5、测报警上位机系统设计。上位机与下位机之间通过RS232通信协议来完成数据交互，数据包按照校验节点位、报警位和真实数据位的4字节长度来打包，利用ActiveX第三方控件MSComm完成以8位的数据形式进行数据传递。PC机界面中包含三个界面，其一密码登陆界面，有登陆、密码修改和人员添加功能；其二标定界面，完成测试前节点的标定工作；其三监测界面，有串口设置，采集周期设置，数据显示，图表显示以及报警显示功能。本文主要针对声表面波瓦斯传感器声光报警系统进行了系统研究。研究传感频率信号的处理、检测、数据存储技术，实现了对传感信号准确、实时的声

6、光报警，同时解决了下位机与上位PC机通信问题，并编程设计了声光报警上位机系统。本文的工作按照煤矿安全标准进行设计与制备，实际系统指标符合煤安标准要求，有望广泛应用于煤矿瓦斯安全监测，有效提高煤矿安全监测技术。同时，该系统也可应用于其他多类SAW传感器的检测报警系统应用，对于SAW传感器的实际应用和普及具有一定意义。关键词：SAW气体传感器；STM32；频率检测；FATFS；C++Builder研究类型：应用研究基金项目：陕西省科技统筹计划项目(2012KTCL01-12)；国家自然科学基金项目(61201088)；陕西省科技统筹计

7、划项目(2012KTCL01-12);陕西省教育厅产业化项目(2011JG10)；西安市科技局工业应用技术研发项目(CXY1125(8)，CX1253(2))；人事部博士后科学基金面上资助(20100471624)；陕西省优秀留学归国人员资助项目。Subject:TheDesignofSoundandLightAlarmCircuitforSurfaceAcousticWaveMethaneSensorSpecialty:PhysicalElectronicsName:ZhouChenlei（Signature）Instrutor

8、:Prof.ZhangTao（Signature）ABSTRACTCoalminesafetyisthemostimportantworkincoalmining,andcoalminegassafetyisthekeypartofcoalmine