智能无线瓦斯传感器的研制

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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Freescale单片机MC9S08GT60和射频芯片MC13193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ZigBee模块,完成了智能传感器无线通信平台的硬件搭建。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。
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