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基于DSP TMS320F2812的危化品实时监测系统

2018年02月09日 05:10 次阅读

1引言

随着工业的发展,易燃、易爆、有毒气体及液体的种类和应用范围都得到了增加。在化工、石油、染料以及其他行业中就有许多有害物质,如液化石油气、氨、氯、硫化氢、二氧化硫及酒精等,如果在生产或运输过程中由于操作失误或其他原因,致使这些危险性物质泄漏出来,由于气体本身存在的扩散性,发生泄漏后,在外部风力和内部浓度梯度的作用下,气体会沿地表扩散,在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区。为了增强运输安全性,同内外对危险化学品运输车辆实行监管,主要针对车辆行驶状态的监测。在圈外也有针对危险化学品运输的基于GIS平台的危险性评估研究,以此作为运输路径的选择依据。目前,国内中集集团应用的基于MEMS传感器的集装箱监测系统很好地监测了运输过程中气体浓度和温湿度、罐内危险化学品的压力和液位、罐体的空间姿态和加速度以及阀件腔腔体的开合状态等信息。为了进一步提高气体浓度监测的可靠性,设计采用双传感器相互监测,以防因单传感器失灵造成的误报警,并且设计注重数据处理融合精度,从而加强报警准确性。因此设计首先确定了安装位置,然后结合DSP和无线传输技术,增强数据处理能力以及传输的及时性,对泄漏情况全面及时监测。

2实验测点分布概况

根据危险化学品常压铁路罐车罐体常见缺陷调查、常见泄漏事故调查以及有害气体运输过程中泄漏扩散的分析可得知:危化品泄漏多发原因主要有罐体焊缝撕裂、罐内内加强圈老化、罐体酸碱腐蚀造成的罐体漏洞等,并且在泄漏监测范围内,泄漏扩散多以大于环境空气密度的重气扩散为主。由此可见,对于安装点的位置的确定要既实现全方位监测目的,又能对易发生泄漏点如罐体焊缝、阀门进行重点监测,并且需要考虑到气体密度、风向等因素。在列车行进过程中,由于风力作用,泄露气体会随风向方向扩散。又由于多数危险气体密度大于空气,即所谓的重气,扩散时,会有向。

地表扩散的趋势,因此可见图1安装点位置都位于罐尾下风处,并且在易泄漏点(罐体两侧焊缝和罐顶安全阀)下方,3个安装点可以全面监测整个罐体的泄漏情况。
 


图1实验测点分布示意图

3系统总体设计

基于DSP的危险气体泄漏监测报警系统由从机与主机构成,如图2所示。从机以TI公司的DSP芯片TMS320F2812为核心,可完成对1个监测报警点的两路气体浓度采集、一路环境温度数据采集、采集后的数据处理、控制执行结构、与主机通信等功能,自身构成一个闭环测控系统,实现对所在安装点区域的监测。主机由PIC微处理芯片、液晶显示、声光报警、通信模块组成的二次仪表机实现,主要负责与从机的数据通信、声光报警、浓度显示功能,以便操作人员对现场进行分析,根据分析结果采取有效措施,以防止可燃气体的泄漏,杜绝事故隐患。
 


图2监测系统总体结构框图

4硬件结构框图

为快速准确地检测出周围气体中酒精气体的含量,并且在达到危险浓度时发m声光报警,系统由6个方面组成:

(1)可燃气体传感器,可以通过可燃气体传感器感知周围空气中可燃气体的浓度值,并将其转换为电信号使电路能够识别;

(2)温度传感器,可燃气体传感器受其工作环境中的温度的影响比较大,故需要测得周围环境中的温度,进而对气体传感器测得的数据进行补偿;

(3)供电电源保障系统;

(4)计算显示单元;

(5)声光报警单元;

(6)友好的人机交互界面及通信接口。

泄漏监测系统硬件结构图如图3所示。
 


图3泄漏监测系统硬件结构图

5系统软件及数据处理方法

为便于编程和管理,软件用C语言编写,采用模块化设计,程序以循环方式工作,完成初始化及子程序调用。软件分为3个子系统:

(1)危化品运输设备状态数据采集与存储;

(2)数据处理;

(3)数据无线传输通信。

3个子系统相互关联又相互独立,协同完成状态数据处理、状态检测、数据存储及上传到车载终端。

5.1数据采集

危化品运输设备状态数据采集与处理是系统软硬件设计的核心部分,主要完成各个传感器状态数据采集,对采集的数据进行滤波、放大、整合处理后作为数据融合的数据源。正常数据每间隔10min向车载终端上传一次,报警数据每间隔3s向车载终端上传一次并且启动声光报警。

  5.2数据处理

  该设计采用两个传感器,首先计算互相关值,当相关值大于0.7时,认为两个传感器数据显着相关;小于0.7时,再采样10次,连续小于0.7进行传感器故障报警,这样可以起到互相监督的作用,防止由于某一个传感器故障引起系统失灵,根据表1的计算,为两个传感器在酒精浓度为1&TImes;104g/m下温度变化范围在15℃~l9℃的数据,数据经过传感器信号归一化方法处理,由0~3.3V的测量范围变为输出介于[0,1]之间),数据互相关值为O.7058,经证明显着相关,可以用作下一步数据源。

  表1两个相同型号传感器同一条件下测量值

  1

  设计中需要监测的环境参量主要是温度、危险气体在空气中的含量,由于气体传感器受到周围环境中温度变化的影响很显着,故需要采用温度补偿,这是数据处理的关键点。

  当干扰输出和传感器输m之间的数学关系已知时,则干扰可以在测量干扰变量的幅度之后,通过数字计算进行补偿。该设计采用这种补偿方式,即拟合出气传感器与温度变化而变化的曲线,列出相应的方程式,在得到气体传感器、温度传感器信号的情况下,通过方程计算,计算受温度影响的量值进行补偿。这样设计的优点是具有较大的灵活性或宽范围的拟合功能。根据得出的准确的温度和湿度值带入传感器对于周围温度影响的特性曲线,得变化的传感器数据,即电压值,进而得出由于周围环境温度变化对于造成的影响进行补偿。

  文中应用最小二乘法做曲线拟合,最小二乘法可以用来处理一组数据,可以从一组测定的数据中寻求变量之间的依赖关系,这种函数关系称为经验公式。在实验中测得变量之间的n个数据(x1,y1),(x2,y2),……,(xn,yn),在xoy平而上,这些数据点P(xi,yi)(i=l,2,……n)组成“散点图”,从图中可以粗略看出这些点大致散落在某直线近旁,认为x与Y之间近似为一线性函数。应用最小二乘法计算出温湿度曲线与传感器之问的函数关系。

  表2 连续温度下气体传感器测量电压值

  

  将表2数据在Matlab中拟合后的曲线如图4所示,得出曲线关系为y=0.020lx+0.2379。

  经过温度补偿的数据再利用多传感器静态时最优权值分配原则做数据融合,即每个传感器分配的权系数:

  其中Ri为各传感器精度的平方。设Zi(k)表示第i个传感器第k次采样的结果,则第次采样时各传感器测量的融合值:

  此原则获得的融合结果具有无偏性、有效性和一致性。

  6 结语

  该危化品运输设备状态实时监测系统可以实现危化品泄漏的全面探测及环境温度等的检测,通过实时数据处理、传输实现实时报警,运用技术手段实现了维护危化品运输伞程探测、监测与跟踪,从而减少和避免事故的发生,避免和降低事故危害,提高了危化品运输的安全性和可靠性。该系统对于危化品的陆路运输有很好的适用性,为工控现代化及现代化物流提供了一种安全的解决方案。

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对于FPGA/DSP概念与特点的分享和总结

DSP就是一个指令比较独特的处理器。它虽然是通用处理器,但是实际上不怎么“通用”。技术很牛的人可以用...

发表于 2018-01-16 10:43 613次阅读
对于FPGA/DSP概念与特点的分享和总结

LCD电路及高速ADC+FPGA+ DSP的设计...

随着人们生活水平的提高,公路上的私家车辆也增多了,但随之带来的问题就是交通事故发生率居高不下,严重危...

发表于 2018-01-12 16:28 391次阅读
LCD电路及高速ADC+FPGA+ DSP的设计...

伺服驱动器的七个故障原因分析与处理方法

伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分...

发表于 2018-01-12 15:32 1989次阅读
伺服驱动器的七个故障原因分析与处理方法

Synaptics AudioSmart远场语音...

Synaptics AudioSmart远场语音技术将带来性能无与伦比的两麦克风和四麦克风支持亚马逊...

发表于 2018-01-10 14:47 1300次阅读
Synaptics AudioSmart远场语音...

Synaptics拓展语音生态系统,支持微软Co...

Synaptics计划拓展语音生态系统,并且支持微软Cortana集成。成熟的AudioSmart硬...

发表于 2018-01-10 14:27 1400次阅读
Synaptics拓展语音生态系统,支持微软Co...

基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计

本文主要介绍了一种基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计。该交通灯由视频采集、图像处理和控制...

发表于 2018-01-09 14:15 302次阅读
基于FPGA+DSP的视频控制的智能交通灯设计

对于ARM、MCU、DSP、FPGA、SOC的介...

ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作Acorn...

发表于 2018-01-05 11:36 1048次阅读
对于ARM、MCU、DSP、FPGA、SOC的介...

数字信号处理器DSP与EDA的区别

目前DSP和EDA两者都应用广泛,二者之间有什么不同呢?本文带来数字信号处理器DSP与EDA的区别介...

发表于 2018-01-03 10:33 298次阅读
数字信号处理器DSP与EDA的区别

dsp技术在手机方面的应用_vivo X9s P...

vivo在之前的MWC 2017上海站的时候发布了全新DSP芯片影像优化拍照技术,这也是vivo首次...

发表于 2018-01-03 10:02 327次阅读
dsp技术在手机方面的应用_vivo X9s P...

dsp处理器一般哪里用_dsp处理器应用领域分析

dsp数字信号处理器能实时快速地实现各种数字信号处理算法,它活跃于各种领域之中。

发表于 2018-01-03 09:26 834次阅读
dsp处理器一般哪里用_dsp处理器应用领域分析

DSP技术怎么样_DSP技术的应用领域及优势

本文介绍了dsp技术在通信领域、仪器仪表领域、汽车电子系统领域等多个领域的应用,并分析了dsp技术的...

发表于 2018-01-03 09:03 411次阅读
DSP技术怎么样_DSP技术的应用领域及优势

基于ARM与DSP的主从式双CPU嵌入式四轴运动...

运动控制系统已被广泛应用于工业控制领域。近年来,工业控制对运动控制系统的要求越来越高。传统的基于PC...

发表于 2018-01-01 08:27 2136次阅读
基于ARM与DSP的主从式双CPU嵌入式四轴运动...

一款实用的嵌入式CPLD的伺服控制卡设计方案

随着先进制造技术的迅速发展,对运动控制的精度要求也越来越高,而运动伺服控制系统的性能很大程度上取决于...

发表于 2017-12-30 07:33 2528次阅读
一款实用的嵌入式CPLD的伺服控制卡设计方案

一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设...

本文主要介绍了一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设计与实现,DSP-BF561作为主处理...

发表于 2017-12-25 10:39 571次阅读
一种基于DSP+FPGA视频图像采集处理系统的设...

基于DSP+FPGA的实时图像去雾增强系统设计

本文主要介绍了一种基于DSP+FPGA的实时图像去雾增强系统设计,FPGA通常作为一种调度使用,图像...

发表于 2017-12-25 10:24 389次阅读
基于DSP+FPGA的实时图像去雾增强系统设计

基于STM32的实收实发超声波检测系统研究

本文主要是对基于STM32的实收实发超声波检测系统研究与实现,系统由信号调理;数据采样分析;PWM发...

发表于 2017-12-23 15:05 334次阅读
基于STM32的实收实发超声波检测系统研究

直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现

本文介绍了直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现,采用功率MOSFET芯片IRF530作为开...

发表于 2017-12-21 13:49 812次阅读
直流电机的IR2110驱动控制设计及DSP实现

基于TMS320F2812及ADS8365的投注...

随着我国福彩事业的快速发展,电脑彩票销售系统对投注机运行的控制、遥测数据的采集提出了更高的要求。数据...

发表于 2017-12-21 09:14 178次阅读
基于TMS320F2812及ADS8365的投注...

DSP技术实现便携式电能质量分析设计方案

随着国家工业规模的扩大和科学技术的发展,电网负荷结构发生了很大的变化,一方面, 非线性 、冲击性和不...

发表于 2017-12-19 09:06 1758次阅读
DSP技术实现便携式电能质量分析设计方案

基于DSP和nRF24L01的无线环境监测系统设...

本文介绍的无线环境监测系统的控制采用TMS320LF2407实现。TMS320LF2407内部资源丰...

发表于 2017-12-15 15:55 372次阅读
基于DSP和nRF24L01的无线环境监测系统设...

一种DSP和nRF24L01的无线环境监测系统的...

本文基于DSP和nRF24L01设计了一种无线环境监测系统。分模块的介绍了检测系统的设计以及系统的软...

发表于 2017-12-15 14:53 199次阅读
一种DSP和nRF24L01的无线环境监测系统的...

基于DSP芯片TMS320LF2407控制的数字...

本文介绍了一种基于DSP芯片TMS320LF2407控制的数字开关电源,比较了开关电源模拟控制和数字...

发表于 2017-12-14 10:20 427次阅读
基于DSP芯片TMS320LF2407控制的数字...

基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台设...

本文提出了一种软件无线电通用信号发生器的设计方案,包括硬件构成和软件算法的实现。该信号发生器为软件无...

发表于 2017-12-13 10:41 126次阅读
基于DSP+DDS结构的可编程调制器的硬件平台设...

快速分析仪器一次测两台手机

针对技术越来越复杂、利润越来越薄的手机市场,测试必须快速、灵活和有效才能保证生产线达到维持利润的批量...

发表于 2017-12-13 05:00 139次阅读
快速分析仪器一次测两台手机

无线视频传输系统的方案设计与结果分析

无线通信技术和视频压缩技术的迅速发展,使得无线视频传输成为人们研究的热点。无线视频传输具有数据量大,...

发表于 2017-12-12 14:08 54次阅读
无线视频传输系统的方案设计与结果分析

C6678的芯片特点及其含有的接口资源详解

随着DSP处理器在现代工业的应用越来越广泛,DSP的功能不仅只有快速运算处理,还需要与其他处理器或者...

发表于 2017-12-12 09:52 1419次阅读
C6678的芯片特点及其含有的接口资源详解

3G手机语音识别的两种方法分析

随着DSP技术的进步,计算能力更强、功耗更低和体积更小的DSP已经出现,使3G手机上植入更精确更复杂...

发表于 2017-12-12 03:50 88次阅读
3G手机语音识别的两种方法分析

针对DSP系统中噪声和EMI问题的解决方案分析

在任何高速数字电路设计中,处理噪声和电磁干扰(EMI)都是一个必然的挑战。处理音视频和通信信号的数字...

发表于 2017-12-11 17:47 91次阅读
针对DSP系统中噪声和EMI问题的解决方案分析