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基于多传感器融合技术的瓦斯监控系统实现

马国胜  
【摘要】: 在我国煤炭行业中,瓦斯事故是当前煤矿生产的最大灾害,目前已成为制约煤矿安全生产的主要因素。因此,为了加强对煤矿生产的安全监控,本文提出了一种基于多传感器融合技术的瓦斯监控系统,可以有效的预防和遏制煤矿事故的发生。 本文首先对瓦斯监控系统的发展现状进行了简单的介绍,并针对其研究现状及面临的挑战提出一种新的基于多传感器数据融合方法的瓦斯监控系统。由于煤矿井下环境极其复杂,如果用单一传感器只能获得井下环境的部分信息,不利于对瓦斯的准确检测,经常需要使用多个同类或异类传感器的组合来获得互补的信息或增加抗干扰的能力。因此,本文运用多传感器信息融合的方法对煤矿井下环境的多个数据进行融合处理,以提高整个监控系统的可靠性。 本文首次提出了运用局部融合和全局融合两级融合的方法对煤矿井下多传感器数据进行融合。采用多传感器算数平均值与分批估计相结合的算法作为局部融合算法,采用D-S证据理论方法作为全局融合算法。本文对这两种方法进行了研究和理论分析,并结合试验数据验证了这两种融合方法的有效性。 根据相关国家标准和行业标准设计了监控系统的总体方案,阐述了监控系统工作原理和要实现的功能。系统能够同时对井下气体中甲烷、一氧化碳等多种危险气体的浓度和井下的温度、湿度等进行检测。当有某气体浓度或现场温度等超标时,井下分站能够在很短时间内将警报信息通过CAN总线传至上位机,上位机能够迅速给出指令对下位机正在进行的工作状态进行调整和报警。 根据系统功能进行了瓦斯监控系统硬件电路和软件的设计,硬件部分选用ARM LPC2290作为系统分站的核心处理器,设计了数据采集电路、CAN总线接口电路、后备电源及电源管理电路等。软件部分设计了各个模块的工作流程框图,并分别对其进行了论述。重点分析了CAN总线传输报文的特点,设计了适用于井下分站的传输协议。 结果表明整个系统各方面的综合功能和性能,已经初步达到了预期的目的和要求,能够实现对煤矿矿井数据有效的采集,为下一步的改进和完善也提供了重要的数据资料。


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