矿用移动式救生舱温湿度智能监控系统的研究与设计

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我国煤矿井下事故频频发生,不仅威胁着工作人员的生命健康,也造成了巨大的经济损失。对于煤矿井下救生舱的研究应用已经迫在眉睫。本文基于目前救生舱温湿度控制中存在的一些问题,结合模糊理论和PID控制方法进行了救生舱温湿度智能监控系统的研究和设计。通过对救生舱的舱体结构和材料进行分析,计算出舱壁的传热系数、系统热容、舱内产生的热负荷和湿负荷以及所需制冷剂和除湿剂的量。确定了降温除湿整体方案。根据救生舱温湿度监控系统的工作原理,并考虑到舱内人员数目、体质及其它原因对热湿负荷造成的干扰,建立了温度对象和湿度对象的数学模型。救生舱温湿度控制系统具有大时滞、时变、非线性及耦合性的特点,常规PID控制难以得到满意的效果。本文引进模糊控制理论,首先通过模糊解耦器对温湿度进行解耦,然后设计模糊自适应PID控制器实现对温度的控制,设计模糊控制器实现对湿度的控制。利用MATLAB对设计的监控系统进行了仿真,结果显示和PID控制器相比,响应速度提高,超调量减小,稳态精度和鲁棒性均有所提高。设计了系统的总体架构,选用STM32F103ZET6作为核心处理器,对温湿度采集电路(AM2302温湿度传感器)、液晶显示电路(LCD12864液晶屏)、数字钟电路(DS1302)、光耦隔离电路(PC817光电耦合器)、风机驱动电路(L298N驱动芯片、FBL-35/24直流隔爆通风机)、报警电路、最小系统进行了设计,对硬件抗干扰进行了分析。利用KEILuVision4MDK编译软件进行了温湿度采集、液晶显示、数字钟、风机驱动、智能控制器、抗干扰等模块的应用程序的编写。根据系统运行时间预估舱内剩余制冷剂的量,对目标温度进行调节,争取更长的救援时间。搭建了实验平台,对各模块的功能进行了测试,证实了系统方案设计合理,具有较好的实际应用价值。
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