[发明专利]一种基于STM32F407ZG开发板的矿井瓦斯测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于STM32F407ZG开发板的矿井瓦斯测量系统，该系统包括雅满干涉仪(1)、CMOS摄像头(2)、STM32F407ZG开发板(3)以及计算机处理单元(4)；其中：所述雅满干涉仪(1)的输出端连至CMOS摄像头(2)，所述CMOS摄像头(2)安装于所述STM32F407ZG开发板(3)上，所述STM32F407ZG开发板(3)上还设置有压力与温度传感器(5)，所述STM32F407ZG开发板(3)的输出端连接至计算机处理单元(4)，基于STM32F407ZG开发板+CMOS图像传感器来实现甲烷浓度检测。与现有技术相比，本发明不需要人工读数，能够实现智能化的矿井甲烷浓度检测。

技术领域

本发明涉及瓦斯浓度测定仪器领域，特别涉及一种基于STM32F407ZG开发板设计的矿井瓦斯测量系统。

背景技术

甲烷(俗称瓦斯)是煤矿生产中的有害气体，中国煤层气大多甲烷含量较高，故造成煤矿瓦斯事故的频发，据统计，在煤矿事故中有七到八成与瓦斯爆炸有关。煤矿五大自然灾害中瓦斯爆炸是“灾害之王”，不仅造成大量人员伤亡，而且严重摧毁井巷设施，终断生产，有时还会引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷垮塌等二次灾害，给国家带来巨大的人员伤亡和财产损失。

基于雅满干涉仪原理的AQG-I型光学瓦斯检定器是目前国内煤矿企业监测矿井甲烷气体浓度的主流仪器，该装置研发自上世纪60年代，基本上模仿了日本理研公司的同类产品。该仪器在使用时是通过甲检员从显微目镜目视读数的方式采集浓度数据，效率较低，而且存在一定的主观性偏差。

发明内容

为了解决现有的甲烷检测仪的弊端，本发明提出一种基于STM32F407ZG开发板的矿井瓦斯测量系统及方法，基于STM32F407ZG开发板+CMOS图像传感器来实现甲烷浓度检测。

本发明的一种基于STM32F407ZG开发板的矿井瓦斯测量系统，该系统包括雅满干涉仪1、CMOS摄像头2、STM32F407ZG开发板3以及计算机处理单元4；其中：所述雅满干涉仪1的输出端连至CMOS摄像头2，所述CMOS摄像头2安装于所述STM32F407ZG开发板3上，所述STM32F407ZG开发板3上还设置有压力与温度传感器5，所述STM32F407ZG开发板3的输出端连接至计算机处理单元4，其中：

所述雅满干涉仪1，用于获取干涉条纹图；

所述CMOS摄像头2，用于将拍摄到的干涉条纹图传输到所述STM32F407ZG开发板3；

所述计算机处理单元4，用于完成干涉条纹图像处理和甲烷浓度相关计算。

本发明的一种基于STM32F407ZG开发板的矿井瓦斯测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，将FreeRTOS操作系统移植到STM32F407ZG开发板上，并将编写好的摄像头拍照程序、图像采集程序、图像处理程序融合到FreeRTOS操作系统中；

步骤2，利用雅满干涉仪产生干涉条纹，打开CMOS摄像将干涉条纹图拍摄下来，通过数字摄像头接口(DCMI)传输至STM32F407ZG开发板；

步骤3，用CMOS摄像头拍摄到的干涉条纹图总是不可避免的存在各种噪声，所以要对图像进行预处理，具体为利用开发板带有的DSP功能，编写程序进行FFT运算，滤除噪声，得到清晰的干涉图像；

步骤4，对干涉图像进行预处理之后，要进行条纹中心线的提取工作，具体为运用灰度阈值法先对条纹二值化，得到黑白条纹，再腐蚀边缘进行条纹细化，而得到条纹中心线；

步骤5，得到条纹中心线后，对条纹进行级次标定，以检测原点为基准，计算条纹的移动个数N；

步骤6，将条纹移动量转化为甲烷浓度，计算甲烷浓度的公式如下：