沼氣壓力水洗提純控制系統(tǒng)研究畢業(yè)論文

1、 . . . 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 沼氣壓力水洗提純控制系統(tǒng)研究 常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)誠信承諾書本人重聲明： 所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本人學(xué)號(hào)（9位）：本人簽名：日期：常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用授權(quán)說明本人完全了解常熟理工學(xué)院有關(guān)收集、保留和使用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的規(guī)定，即：本科生在校期間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬

2、常熟理工學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)被查閱和借閱；學(xué)?？梢詫厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），并且本人電子文檔和紙質(zhì)論文的容相一致。的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)在解密后遵守此規(guī)定。本人簽名：日期：導(dǎo)師簽名：日期：36 / 43沼氣壓力水洗提純控制系統(tǒng)研究摘要隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全球已經(jīng)進(jìn)入能源危機(jī)的時(shí)代。煤炭，石油天然氣等傳統(tǒng)化石燃料消耗量在不斷增大，這不僅加劇了化石資源的枯竭速度，還帶來了許多嚴(yán)重的環(huán)境問題。日益增長的能源需求和日漸嚴(yán)重的環(huán)境污染迫使我們尋找解決能源危

3、機(jī)的突圍之路。其中，發(fā)展替代能源，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能源之間，傳統(tǒng)能源與新能源之間的替代，是解決我國能源供需瓶頸、供需結(jié)構(gòu)性矛盾以與減輕環(huán)境壓力的有效途徑。開發(fā)并生產(chǎn)各種可再生能源，替代煤炭、石油和天然氣等化石燃料是世界今后解決能源緊缺的一種有效手段，發(fā)達(dá)國家都在致力開發(fā)高效、無污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)，保護(hù)本國的礦物能源資源，保障國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。在可再生能源中，生物天然氣是一種重要的生物質(zhì)能源，它以甲烷為主要成分，主要通過沼氣凈化提純得到。由于生物天然氣可以直接作為石化天然氣的替代燃料，所以可以發(fā)展沼氣增加天然氣供應(yīng)從而緩解能源危機(jī)。本文主要介紹了國外常見沼氣提純方法中的水洗法，它是利用CO2、C

4、H4在水中溶解度的差異實(shí)現(xiàn)分離，是一種相對(duì)廉價(jià)的提純方法，尤其在不需要對(duì)水進(jìn)行再生處理的時(shí)候其經(jīng)濟(jì)性更加明顯。研究了其控制系統(tǒng)來有效的節(jié)省人力物力，提高效率，減少人員失誤，提高產(chǎn)品質(zhì)量。帶來安全方便的操作。關(guān)鍵詞：沼氣提純壓力水洗法 控制系統(tǒng)Gas pressure control system for water purificationAbstractWith economic development, the world has entered the era of energy crisis. Coal, oil, natur

5、al gas and other traditional fossil fuel consumption continues to increase, which only exacerbated the depletion of fossil resources speed, but also brought many serious environmental problems. Growing energy needs and increasingly serious environmental pollution forced us to look for the way out to

6、 solve the energy crisis. Development and production of a variety of renewable energy sources to replace coal, oil and natural gas and other fossil fuels in the world to solve the energy shortage in the future an effective means, developed countries are committed to the development of efficient, non

7、-polluting biomass utilization technology to protect national fossil energy resources, and ensure the sustainable development of the national economy. Bio-gas is an important source of biomass in renewable energy sources,which methane as the main component, mainly obtained through biogas purificatio

8、n.Since bio-gas can be an alternative fuel of petrochemical natural gas, it is possible to increase the development of methane gas supplies to alleviate the energy crisis. This paper describes a washing method is a common method for purifying biogas abroad. It uses CO2, CH4 difference in solubility

9、in water to separate, is a relatively inexpensive method of purification, in particular it does not need to be regenerated water when its economy is more obvious. Study its control system to effectively save resources, improve efficiency, reduce human error, improve product quality. Bring safe and c

10、onvenient operation.Keyword：Biogas purificationBiogas upgrading with waterControl sys1引言11.1課題研究背景與意義11.2國外沼氣提純技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀31.3沼氣組分與特性51.4沼氣水洗提純技術(shù)介紹51.5本章小結(jié)72系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)72.1控制方案一72.2控制方案二82.3控制方案選擇92.4傳感器參數(shù)92.5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化112.6沼氣壓力水洗提純流程圖122.7本章小結(jié)133硬件電路設(shè)計(jì)133.1總體硬件電路原理圖133.2單片機(jī)最小系統(tǒng)143.3電流轉(zhuǎn)電壓模塊153.4AD轉(zhuǎn)換模塊163.5顯示

11、模塊173.6本章小結(jié)184控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1控制系統(tǒng)控制要求184.2系統(tǒng)軟件主流程圖194.3控制部分主程序194.4延時(shí)子程序214.5AD轉(zhuǎn)換程序214.6本章小結(jié)215系統(tǒng)調(diào)試215.1線性度確認(rèn)215.2工作流程驗(yàn)證225.3本章小結(jié)236總結(jié)與展望236.1總結(jié)236.2問題展望24參考文獻(xiàn)25致26附錄27附錄1,軟件代碼27附錄2 模塊實(shí)物圖341引言1.1課題研究背景與意義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展總是伴隨著能源的消耗，發(fā)展越快，能源消耗的也就越快。如今地球的煤，石油，天然氣等不可再生資源的儲(chǔ)存量來說，已經(jīng)漸漸跟不上其消耗的速度。即能源危機(jī)的時(shí)代已經(jīng)到來了。除了能源枯竭的問題之外，

12、大量化石燃料的使用還給地球的環(huán)境帶來了巨大的考驗(yàn)。為此，世界各國不得不尋找解決之道。開發(fā)新能源，尋找替代能源，提高能源利用效率等等，不一而足。在全世界應(yīng)對(duì)氣候變換的大背景之下，減少化石燃料的消耗，發(fā)展清潔高效的可再生能源成為世界各國的關(guān)注熱點(diǎn)。據(jù)各方面的統(tǒng)計(jì)資料來看，全球的風(fēng)電裝機(jī)容量，太陽能發(fā)電容量，生物乙醇，生物柴油等的產(chǎn)量一直是在大步提升的。就中國而言，除了水電以外的可再生電力一直快速增長，同比增幅僅次于美國。因?yàn)橹袊鳛橐粋€(gè)人口大國，一個(gè)能源消耗大國，有必要花大投資來改善能源結(jié)構(gòu)，事實(shí)也是如此，僅2010一年，中國在可再生能源資源上的投資就超過了500億美元，所以在現(xiàn)今社會(huì)，在我國發(fā)展

13、可再生能源是完全可行的，或者說是受到大力扶持的?？稍偕茉粗?，生物天然氣是一種十分重要的生物質(zhì)能。它的主要成分為甲烷，可以通過沼氣的凈化提純來制得。生物天然氣可以作為石化天然氣的重要替代燃?xì)?，使得發(fā)展沼氣成為增加天然氣供應(yīng)的突破口。根據(jù)供需關(guān)系，有需求，又會(huì)有供應(yīng)。在我國現(xiàn)在階段，特別是近年來，對(duì)生物天然氣的需求高速增加，使得需求遠(yuǎn)大于供應(yīng)。這大大加快了沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。而且，沼氣是一種比較清潔的能源，由各類禽畜，以與人們的糞便，工農(nóng)業(yè)的有機(jī)廢棄物，生活垃圾等在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生。其產(chǎn)生過程本身就是一種可再生能源的制造過程。不僅如此，對(duì)這些垃圾的處理還起到了環(huán)境保護(hù)的作用。我國發(fā)展沼氣的歷史要

14、追溯到50多年以前，經(jīng)過這些年的發(fā)展，截止至2011年底，我國的民用沼氣池差不多有3500w口，其他的大型中型沼氣工程更是接近有3000處.若是能將這些沼氣進(jìn)行凈化提純后并入天然氣網(wǎng)，差不多能節(jié)省10%的天然氣消耗量。沼氣提純后還能用于車用燃料，其生產(chǎn)成本低廉，在與石化天然氣燃料的對(duì)比中有著巨大的價(jià)格優(yōu)勢。沼氣的資源是豐富的，然而天然氣的缺口卻是非常巨大。這些都預(yù)示著沼氣提純有著巨大的發(fā)展前景，沼氣提純技術(shù)的發(fā)展有著重大的意義。首先，沼氣提純技術(shù)的發(fā)展帶來的最直觀影響，沼氣的產(chǎn)量增加了，越來越多的沼氣工程正在被建設(shè)中。相對(duì)的，平時(shí)沒有什么作用生活垃圾，糞便，工農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物等有了去處生產(chǎn)沼氣，而

15、不用吃力不討好的集中焚燒，填埋。不光減少了處理垃圾的成本，反而能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)減少了環(huán)境的破壞。有資料顯示，每年我國城市的人均垃圾產(chǎn)量有440kg之多。在農(nóng)村，禽畜糞便，農(nóng)作物秸稈等也在源源不斷的產(chǎn)生。光2003年，我國農(nóng)村的農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量差不多達(dá)到了5.5億噸。這是一個(gè)非常巨大的數(shù)字。若是能夠處理得當(dāng)，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效率會(huì)非?？捎^。舉個(gè)例子，將我國在2003年產(chǎn)生的禽畜糞便，人類尿液，作物秸稈這三項(xiàng)用于生產(chǎn)沼氣，轉(zhuǎn)化為原煤產(chǎn)量的話，相當(dāng)于1.8億噸原煤，是該年度原煤產(chǎn)量的11.5%。富含雜質(zhì)的沼氣利用率并不高，但是提純后這一現(xiàn)狀改變了，隨著沼氣生產(chǎn)的規(guī)模化，標(biāo)準(zhǔn)化，工業(yè)化，生產(chǎn)成本

16、降低了沼，利用效率提高了，經(jīng)濟(jì)效益增加了。以我國的農(nóng)村常見的沼氣池舉例，其技術(shù)比較落后，生產(chǎn)沼氣的量較少，純度也不高。一般只能用于家庭取暖，燃燒，供家庭使用，惠與的只是個(gè)人還有家庭，或者一些個(gè)小團(tuán)體。無法做到遠(yuǎn)距離傳輸，產(chǎn)生不了什么經(jīng)濟(jì)效益。如果用于發(fā)電，同樣只能在直接使用，無法儲(chǔ)存。將發(fā)的電并入電網(wǎng)因?yàn)樯暇W(wǎng)費(fèi)用非常高額，在現(xiàn)階段不做考慮?；蛟S在將來同樣會(huì)因?yàn)橥度氪蟠蟾哂谑找娑挥璨捎?。只有?guī)模的沼氣生產(chǎn)提純，將沼氣中甲烷的含量提升到95%以上，才能達(dá)到生物天然氣的標(biāo)準(zhǔn)，并入天然氣網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)沼氣的高效利用，帶來更大的經(jīng)濟(jì)利益。目前國外的沼氣提純方法大致分為以下幾種：吸附法，吸收法，膜分離法，低

17、溫分離法，甲烷富集法，生物技術(shù)提純等。其中吸收法之下的壓力水洗法在國際社會(huì)之中應(yīng)用比較廣泛。在歐洲一些國家已經(jīng)有了多個(gè)應(yīng)用此法的大型沼氣提純工程。這種方法利用沼氣中甲烷和二氧化碳在水中溶解度的差異將它們分離，從而提高沼氣中甲烷的濃度。它有很大優(yōu)勢，其一，此法效率很高，其次，因?yàn)榧淄樵谒械娜芙饴逝c二氧化碳相比來說非常低，所以沼氣中甲烷的流失量很少，最重要的一點(diǎn)是，該法利用隨處可見的水作為吸收劑，花費(fèi)在吸收劑中的成本會(huì)非常低。這三點(diǎn)確保了水洗法的經(jīng)濟(jì)利益?，F(xiàn)今的社會(huì)，工業(yè)發(fā)展非常之快，各種大中型的工程基本都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的操作。沼氣壓力水洗提純的工程自然不可能全靠人工來操作。研究其控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沼

18、氣提純的自動(dòng)化操作有著重要的意義。第一，這能節(jié)省大量的人力物力，如今的人工費(fèi)一年比一年高，減少人員的投入也是變相的增加收益。第二，人為的操作變少了，失誤也就變少了，這算是減少安全隱患的一個(gè)有效措施。第三，研究控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沼氣提純自動(dòng)化大大提高了工作效率。1.2國外沼氣提純技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀目前，歐洲各國都開展了沼氣提純技術(shù)的應(yīng)用，沼氣提純工程數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，2011年，歐洲沼氣提純工程達(dá)到了172座，處理總規(guī)模達(dá)到198,200m3/h。瑞典和德國是歐洲各國中沼氣提純產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的兩個(gè)國家，沼氣工程數(shù)量約占?xì)W洲總體數(shù)量的84%。1996年，瑞典就開始對(duì)沼氣進(jìn)行凈化提純，并得到甲烷含量在95%

19、以上的沼氣提純氣，作為汽車燃料使用，而且制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以衡量沼氣提純氣否能夠作為汽車燃料。2008 年，瑞典的車用天然氣消費(fèi)總量為5.3×107m³，其中55%是沼氣提純后得到的生物天然氣。2010年，瑞典的沼氣總產(chǎn)量折合天然氣為1.3×108m³，占全國燃?xì)庀M(fèi)總量的13%。2010年瑞典全國使用壓縮生物天然氣的車輛有7×104輛，加氣站500個(gè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年，德國沼氣工程數(shù)量以達(dá)7×103個(gè)。在德國，沼氣工廠生產(chǎn)的沼氣主要用來發(fā)電上網(wǎng)36。2010年，德國沼氣的發(fā)電總裝機(jī)量達(dá)到了2.3×109W，年發(fā)電量為2&#

20、215;1010KW·h，占整個(gè)德國發(fā)電量的1.5%。隨后，德國對(duì)沼氣的利用由熱電聯(lián)產(chǎn)開始向管道生物天然氣與車用燃?xì)夥较蜣D(zhuǎn)變。從2006年開始，并入國家天然氣管網(wǎng)甲烷工廠僅有兩家，但到2011年時(shí)，已經(jīng)有83處沼氣工程將沼氣提純?yōu)樯锛淄?，每年甲烷提純量約為4.6×108m³，預(yù)計(jì)未來將有更多的沼氣提純計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施。此外德國制定了2020年和2030年生物甲烷產(chǎn)量分別達(dá)到6×109m³和1×1010m³的目標(biāo)，計(jì)劃到2020年，全國天然氣總消費(fèi)量的6%將由生物甲烷替代。此外，當(dāng)前國際上沼氣凈化提純技術(shù)發(fā)展較快的國家還有瑞士、

21、丹麥、 加拿大等國家，他們擁有先進(jìn)的凈化提純技術(shù)和設(shè)備。近年來我國天然氣需求高速增長，據(jù)估計(jì)，20002020年中國天然氣的需求量將以每年10.8%的速度增長，而國天然氣產(chǎn)量年均增長率僅為7.5%。據(jù)估計(jì)，到2020年中國天然氣的年需求量將達(dá)到2.5×1011m³，缺口將達(dá)到9.0×1010m³。面對(duì)嚴(yán)峻的形勢，中國提出了“十二五”期間將加速天然氣配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，開展“分布式能源利用項(xiàng)目”，為生物天然氣的產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)與便利。通過引進(jìn)瑞典、德國等國家的沼氣工程技術(shù)和設(shè)備，近年來，我國已建成一批沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程和發(fā)電并網(wǎng)的大型沼氣工程，變壓吸附法和水洗法也

22、已經(jīng)開始應(yīng)用在工程中。但作為一個(gè)新型產(chǎn)業(yè)，我國沼氣凈化提純工程與技術(shù)還處于發(fā)展階段，沼氣關(guān)鍵技術(shù)還需要投資研發(fā)或從國外引進(jìn)。目前在我國的、博興、等地已建成了一批沼氣凈化提純制取生物天然氣示項(xiàng)目。近年來，中國在沼氣提純技術(shù)和設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域展開了研究，主要集中在化學(xué)吸收和物理吸附提純方向。農(nóng)業(yè)大學(xué)在沸石填料水洗法方面開展了研究42，中國石油大學(xué)在天然氣水合物提純方面開展了研究，華北電力大學(xué)在甲烷原位富集方面開展了研究。目前，中國在化學(xué)吸收、變壓吸附等技術(shù)領(lǐng)域已開發(fā)有可商業(yè)化應(yīng)用的提純設(shè)備。但與世界先進(jìn)水平相比，中國在基礎(chǔ)研究、設(shè)備成套化開發(fā)方面所做的研究還有很大差距。表1-1 我國部分沼氣項(xiàng)目工程項(xiàng)

23、目名稱投產(chǎn)時(shí)間（年份）規(guī)模提純沼氣用途日照酒精廢醪厭氧沼氣回收精制天然氣項(xiàng)目2007540萬m3/a車用和生活淀粉廢水厭氧沼氣回收精制天然氣項(xiàng)目2008165萬m3/a接入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)博興淀粉廢水厭氧沼氣回收天然氣精制項(xiàng)目2009410萬m3/a車用和工業(yè)燃料貞元車用生物天然氣項(xiàng)目（一期）2009400萬m3/a車用燃料市安定垃圾填埋氣精制項(xiàng)目2010239.4萬m3/a車用燃料王新莊污水處理廠污泥消化項(xiàng)目201020000 m3/d接入市政燃?xì)夤芫W(wǎng)伊川縣婆鎮(zhèn)朱村工業(yè)園區(qū)秸稈能源化綜合利用2010428萬m3/a車用燃料生活垃圾填埋氣回收精制天然氣項(xiàng)目2011432萬m3/a車用燃料東泰夏家河

24、污泥消化項(xiàng)目201225000 m3/dN/A沼氣清潔公交新能源示項(xiàng)目（一期）201120000 m3/d車用燃料工業(yè)沼氣禁止天然氣項(xiàng)目201115000 m3/dN/A1.3沼氣組分與特性沼氣是一種混合氣體，厭氧發(fā)酵的原料、發(fā)酵條件、操作方式等決定了其組分，一般情況下，沼氣的主要成分為甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2），水（H2O）、氮?dú)猓∟2），氧氣（O2），以與微量的氨氣（NH3）和硫化氫（H2S）。如表1-1，為沼氣與天然氣的主要組分與特性對(duì)比，天然氣的華白數(shù)是沼氣的1.62.0倍，當(dāng)沼氣中CH4的含量超過95%以后，提純后的沼氣的華白數(shù)就可以達(dá)到天然氣的水平，可替代天然氣。表1-2

25、沼氣和天然氣部分組分與特性對(duì)比參數(shù)單位沼氣天然氣荷蘭天然氣低位熱值MJ N-1m-3234031.6密度Kg N-1m-31.20.840.8高華白數(shù)MJ N-1m-3275543.7甲烷數(shù)>13570-CH4含量%63(5370)8781高碳?xì)浠衔矬w積分?jǐn)?shù)%0123.5CO2體積分?jǐn)?shù)%47(3047)1.21N2 體積分?jǐn)?shù)%0.20.314O2體積分?jǐn)?shù)%000H2S 體積分?jǐn)?shù)10-6<10001.5-NH3體積分?jǐn)?shù)10-6<1000-總氯（以Cl計(jì)）mg N-1m-3050-1.4沼氣水洗提純技術(shù)介紹壓力水洗法是利用CO2、CH4在水中溶解度的巨大差異實(shí)現(xiàn)它們的分離，在水

26、中，CO2在溶解度是CH4的30倍左右，加壓水洗時(shí)，CO2水中溶解在水中，而CH4溶解量較CO2少太多，可認(rèn)為CH4在水中幾乎不溶解，CH4在水洗塔頂部富集后被收集，降壓時(shí)，溶解在水中的CO2解吸出來，實(shí)現(xiàn)CH4、CO2的分離，完成沼氣提純3，含有CO2和CH4的廢水可以通過空氣吹托再生以循環(huán)利用。水洗時(shí)，沼氣從水洗塔的底部進(jìn)入，通常會(huì)安裝氣體彌散裝置，將沼氣分散為大量的小氣泡，均勻分布在水中，沼氣泡在上升的過程中，其中的CO2溶解在水中；水從頂部流入，與沼氣流方向相反。在加壓水洗時(shí)，一般會(huì)在水洗塔部安裝填料，用來增加氣、液傳質(zhì)面積，提高沼氣提純的效果。水洗法的優(yōu)勢非常明顯，一是水洗法效率較高

27、，CH4損失率低，二是采用水做吸收劑，較為廉價(jià)，其經(jīng)濟(jì)性非常明顯。但是加壓水洗法也有缺點(diǎn)，長期水洗后，水洗塔的填料會(huì)滋生大量微生物，造成填料堵塞，因此，需要定期對(duì)水洗塔進(jìn)行清理，或者加氯殺菌。在水洗過程中，也可以同時(shí)去除H2S，但是為了避免H2S會(huì)對(duì)壓縮設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，應(yīng)在脫CO2之前使用脫硫裝置將其去除。同時(shí)由于采取水洗工藝，所以提純后的沼氣還需要干燥處理圖1-1 常見的壓力水洗法提純沼氣示意圖沼氣提純技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，PSA法、加壓水洗法、化學(xué)吸收法以與膜分離法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在商業(yè)上的應(yīng)用。其中PSA法、加壓水洗法大約各占了歐洲沼氣提純市場33%的市場份額。如表1-2所示，為幾種主要沼氣提純方法的

28、對(duì)比3。通過對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)沼氣水洗提純有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.使用水作為吸收劑，無毒，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，而且水較廉價(jià)，尤其是水洗后的廢水可以利用空氣吹托再生，循環(huán)利用，這樣不僅節(jié)約了水資源，而且能夠減少沼氣提純成本。2.水洗時(shí)，無須對(duì)水進(jìn)行加熱，不用額外增加溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，節(jié)省了水洗設(shè)備的費(fèi)用，而且水洗時(shí)，可以同時(shí)去除沼氣中含有的少量H2S，可進(jìn)一步去除脫硫設(shè)備未完全去除的H2S。3.沼氣水洗提純技術(shù)在國外已經(jīng)成熟，工程數(shù)量較多，可為國的沼氣水洗提純提供參考的實(shí)例。表1-3 幾種沼氣提純方法性能對(duì)比參數(shù)水洗法有機(jī)溶解吸收法胺吸收法PSA法膜分離法生物天然氣中CH4體積分?jǐn)?shù)（%）95.099.095

29、.099.0>99.095.099.095.099.0甲烷回收率（%）98.096.099.9698.08099.8輸氣壓力（bar）484804747消耗電能（kWh/m3）0.460.490.600.270.460.250.43加熱需求和溫度-7080120160-脫硫需求取決于工藝需要需要需要需要消耗品需求防污劑、干燥劑有機(jī)溶劑（無毒）胺溶液(有毒，有腐蝕性)活性炭（無毒）-可參考工程數(shù)多少中等多少1.5本章小結(jié)本章詳細(xì)的寫了課題的研究背景和意義，指出沼氣提純有著巨大的發(fā)展前景。并敘述了目前國外的沼氣提出技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后介紹了沼氣壓力水洗提純技術(shù)。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1控制方案一

30、以單片機(jī)為基礎(chǔ)開發(fā)，將二氧化碳傳感器和甲烷傳感器檢測水洗塔的二氧化碳和甲烷的濃度，將傳感器采集到的模擬信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)將采集到的信號(hào)與預(yù)設(shè)的值進(jìn)行對(duì)照，從而輸出開關(guān)量信號(hào)控制電磁繼電器的開閉來控制3個(gè)電磁閥，一個(gè)真空泵，一個(gè)壓縮機(jī)的開關(guān)。預(yù)計(jì)使用的元器件傳感器為紅外甲烷濃度檢測儀，紅外二氧化碳檢測儀信號(hào)轉(zhuǎn)換為AD轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)處理模塊為單片機(jī)執(zhí)行器為電磁閥，真空泵，壓縮機(jī)圖2.1 控制方案一示意圖2.2控制方案二該控制方案以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，只需要加上AD轉(zhuǎn)換模塊即可實(shí)施控制，另外根據(jù)實(shí)際要求可以添加顯示模塊和報(bào)警模塊，簡單方便，成本低廉，但是這一方案

31、只能實(shí)行簡單的控制，遇到復(fù)雜的情況可靠性并不高，考慮到沼氣壓力水洗控制系統(tǒng)控制要求比較簡單，在數(shù)據(jù)采集的頻率與精度的規(guī)定上要求不高。故可以直接采用單片機(jī)控制方案?？刂品桨付且詳?shù)據(jù)采集卡為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)的，通過采集卡將甲烷濃度檢測儀、二氧化碳檢測儀、壓力檢測儀檢測到的模擬信號(hào)到采集卡中，由于采集卡部集成有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，通過編程可對(duì)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化，采集卡會(huì)對(duì)輸入值與設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出開關(guān)量信號(hào)，從而控制電磁閥、壓縮機(jī)、真空泵的開關(guān)。利用采集卡，可用LabVIEW開發(fā)虛擬界面，對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行顯示，并可對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并可開發(fā)多個(gè)按鈕，對(duì)壓縮機(jī)、真空泵進(jìn)行控制。1.傳感器為紅外甲烷濃度測量儀、紅

32、外二氧化碳測量儀。2.信號(hào)采集轉(zhuǎn)換與控制使用采集卡、基于LabVIEW的虛擬控制界面。3.執(zhí)行元件為電磁閥、真空泵、壓縮機(jī)。圖2.2 控制方案二示意圖2.3控制方案選擇方案一，以單片機(jī)最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加上A/D轉(zhuǎn)換模塊即可實(shí)現(xiàn)，且可外加顯示模塊和預(yù)警模塊，簡單易行，成本較低，缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)簡單控制，復(fù)雜情況可靠性較低，適于小規(guī)模簡單控制。方案二，通過數(shù)據(jù)采集卡配合LabVIEW的虛擬界面，可實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)開發(fā)的虛擬界面方便查看與控制，也更加智能化，并可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，缺點(diǎn)是采集卡成本高，且需要搭配筆記本實(shí)現(xiàn)控制，進(jìn)一步增加了成本，適合大中規(guī)模復(fù)雜控制。考慮到設(shè)計(jì)的沼氣壓力

33、水洗系統(tǒng)控制簡單，規(guī)模較小，成本也較低，同時(shí)也能滿足控制要求，所以利用單片機(jī)開發(fā)控制系統(tǒng)更加合理。2.4傳感器參數(shù)甲烷，二氧化碳檢測儀均為MOT500系列的氣體檢測儀，信號(hào)輸出方式有兩種，分別為4-20ma的電流信號(hào)和RS485信號(hào)，配合RS232轉(zhuǎn)接卡可在電腦上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，（由于經(jīng)濟(jì)原因并未購買通訊協(xié)議，故無法實(shí)現(xiàn)RS485的通訊）。儀器自帶LCD顯示，能夠直接顯示氣體的濃度，類型，單位，工作狀態(tài)等，可以自動(dòng)根據(jù)的溫度進(jìn)行氣體濃度數(shù)值的補(bǔ)償。精度誤差與零點(diǎn)漂移在正負(fù)1%以，響應(yīng)時(shí)間小于10秒，工作電源為12-30VDC（本實(shí)驗(yàn)使用15V電源）。具體參數(shù)如表2.1所示，實(shí)物圖如圖2.3所示。表2

34、.1 CO2、CH4濃度檢測儀器主要參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)測量圍：二氧化碳檢測儀：0-50%Vol；紅外甲烷檢測儀：0-100%Vol 分 辨 率：0.01ppm（0100%VOL）檢測精度：±1%（實(shí)際濃度，更高精度視傳感器而定）響應(yīng)時(shí)間：10秒（T90）線性誤差：±1%恢復(fù)時(shí)間：10秒零點(diǎn)漂移：±1%（F.S/年）重 復(fù) 性：±1%零點(diǎn)漂移：±1%（F.S/年）信號(hào)輸出：1.三線制標(biāo)準(zhǔn)4-20mA模擬電流信號(hào)輸出，最遠(yuǎn)可傳輸2000米（單芯1mm²屏蔽電纜）2.RS-485（標(biāo)準(zhǔn)MODBUS RTU協(xié)議）數(shù)字信號(hào)輸出、頻率信號(hào)（頻率圍可調(diào)）

35、3.2組繼電器輸出（開關(guān)量），報(bào)警輸出高、低限可調(diào)，無源觸點(diǎn)容量220VAC，3A；24VDC，3A4.現(xiàn)場聲光報(bào)警，報(bào)警聲音：<90分貝（選配），可配RS232轉(zhuǎn)接卡連接電腦存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（選配）5.可進(jìn)行3000米遠(yuǎn)距離無線傳輸，IP局域網(wǎng)傳輸，更遠(yuǎn)距離可選GPRS傳輸、光釬傳輸（選配）圖2.3MOT500紅外甲烷檢測儀實(shí)物圖2.5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以甲烷和二氧化碳兩個(gè)氣體傳感器為基礎(chǔ)的，由于兩個(gè)氣體檢測儀輸出的電流信號(hào)無法通過AD模塊直接輸入到單片機(jī)中，所以在氣體檢測儀和AD轉(zhuǎn)換模塊之間加入電流轉(zhuǎn)電壓模塊，將氣體檢測儀輸出的4-20ma電流信號(hào)線性轉(zhuǎn)化為0-5v的電壓信

36、號(hào)，再將0-5v的電壓信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換模塊輸入到單片機(jī)中，對(duì)應(yīng)為0%-100%的氣體濃度。與預(yù)設(shè)值比較，輸出開關(guān)量控制執(zhí)行器執(zhí)行。考慮到調(diào)試時(shí)的顯示需要，再給它添加上顯示模塊。因?yàn)橹挥袀鞲衅魇侵苯舆B接在沼氣提純塔的罐體之上，且其自身帶有防爆設(shè)計(jì)，所以控制系統(tǒng)不需要考慮防爆措施。圖2.3 控制系統(tǒng)方案改進(jìn)示意圖2.6沼氣壓力水洗提純流程圖在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)之前，必須清楚沼氣壓力水洗的工作流程。在常壓水洗中，因?yàn)槭浅?，多以采用的是連續(xù)式水洗，但是在壓力水洗中，普通水泵無法向高壓的水洗塔中注水，高壓下的連續(xù)式水洗對(duì)設(shè)備與儀器要求較高，成本較大。所以本文提出了間歇式沼氣壓力水洗提純方案，如圖4-1所示，

37、為沼氣水洗提純流程圖。水洗過程需要說明的是，該水洗過程是在沼氣中CH4濃度70%，CO2濃度30%（依據(jù)于常壓水洗試驗(yàn)時(shí)的沼氣組分）時(shí)，仔細(xì)考慮制定的，當(dāng)沼氣中CH4、CO2濃度改變時(shí)，水洗過程中的控制參數(shù)要相應(yīng)的改變。1.水洗在壓力為7bar（約0.7MPa）下進(jìn)行，水洗時(shí)，水洗塔裝滿一定量的水，由水泵提前輸送進(jìn)去的，根據(jù)需要會(huì)定期換水，換水在常壓進(jìn)行，在水洗過程中，水泵是不需要工作的。2.水洗開始前，電磁閥都處于關(guān)閉狀態(tài)。3.水洗開始，電磁閥1開，壓縮機(jī)開機(jī)，延時(shí)30s后，電磁閥1關(guān)閉，排空水洗塔廢氣，電磁閥1關(guān)閉后，壓縮機(jī)輸送的高壓沼氣的使水洗塔壓力上升，處于高壓狀態(tài)。4.沼氣中的CO2

38、溶解在水中，CH4在水洗塔頂部富集，當(dāng)CH4濃度檢測儀檢測到CH4濃度大于90%時(shí)，電磁閥2開，將提純后的沼氣收集。5.當(dāng)CH4檢測儀檢測到水洗塔中CH4濃度低于85%，電磁閥2關(guān)閉，CH4繼續(xù)富集，直到超過90%，電磁閥2才被打開。6.當(dāng)CO2濃度檢測儀檢測到CO2的濃度大于40%，壓縮機(jī)關(guān)閉，電磁閥3開，真空泵開始抽真空，溶解在水中的CO2被釋放出來，并被收集。7.當(dāng)CO2濃度檢測儀檢測到CO2的濃度低于10%（由于雜質(zhì)氣體的存在，CH4濃度不會(huì)超過90%，無須擔(dān)心電磁閥2開），真空泵關(guān)，電磁閥3關(guān)，完成一個(gè)水洗過程。8.重復(fù)步驟2-7，持續(xù)水洗過程，根據(jù)需要，對(duì)水洗塔部的水定期進(jìn)行更換。

39、圖2.4 沼氣水洗流程圖2.7本章小結(jié)本章介紹了設(shè)計(jì)初期提出了兩個(gè)系統(tǒng)方案，然后根據(jù)兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，確定本系統(tǒng)以單片機(jī)為基礎(chǔ)開發(fā)，并且本系統(tǒng)是以已有的氣體檢測儀為主體進(jìn)行設(shè)計(jì)的，有介紹了兩個(gè)氣體檢測儀的一些基本參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)原定方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，最后介紹了本次水洗提純的具體工作流程。3硬件電路設(shè)計(jì)3.1總體硬件電路原理圖使用Proteus設(shè)計(jì)的沼氣壓力水洗提純系統(tǒng)硬件原理圖如圖5-3所示，控制系統(tǒng)的硬件組成主要包括三部分：單片機(jī)最小系統(tǒng)、電流轉(zhuǎn)電壓模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊。該硬件電路有兩個(gè)4-20mA電流輸入端口，可接收CH4、CO2濃度檢測儀器的電流信號(hào)。5個(gè)led燈用于模擬硬件

40、電路輸出的開關(guān)量。從上往下5個(gè)led燈，D1表示電磁閥一，D2表示電磁閥2，D3表示電磁閥3，D4表示壓縮機(jī)，D5真空泵。如圖5-3表示。由于在實(shí)際安裝中并不需要使用顯示模塊，所以在總體電路圖中并沒有添加。而是在后面單獨(dú)略加說明。圖3.1 沼氣水洗控制系統(tǒng)硬件模擬圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由3部分組成：晶振、復(fù)位電路、電源。在圖中可以找到單片機(jī)最小系統(tǒng)，由于這以Proteus軟件進(jìn)行繪制，在Proteus中所有的芯片的電源和地都是默認(rèn)連接的，所以在圖中并沒有畫出電源。而且單片機(jī)最小系統(tǒng)早已被大家熟知，此處也不大加介紹了。圖3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3電流轉(zhuǎn)電壓模塊圖中的R3是電流取樣

41、電阻，其值的大小主要受傳感變送器供電電壓的制約，最大轉(zhuǎn)換電壓為5V的話，可以取RA0=250，這時(shí)候，傳感變送器的供電只要12V就夠用了。同時(shí)，線路輸入與主電路的隔離作用，尤其是主電路為單片機(jī)系統(tǒng)的時(shí)候，這個(gè)隔離級(jí)還可以起到保護(hù)單片機(jī)系統(tǒng)的作用。采用的是廉價(jià)運(yùn)放LM324，其對(duì)零點(diǎn)的處理是在反相輸入端上加入一個(gè)調(diào)整電壓，其大小恰好為輸入4mA時(shí)在RAO上的壓降。有了運(yùn)算放大器，還使得 RAO的取值可以更加小，因?yàn)檫@時(shí)信號(hào)電壓不夠大的部分可以通過配置運(yùn)放的放大倍數(shù)來補(bǔ)足。這樣，就可以真正把420mA電流轉(zhuǎn)換成為05V電壓了。 使用運(yùn)算放大器也會(huì)帶來一些麻煩，尤其在注重低成本的時(shí)候，選擇的運(yùn)放往往

42、是最最廉價(jià)的，運(yùn)放的失調(diào)與漂移，以與因?yàn)檫\(yùn)放的供電與單片機(jī)電路供電的穩(wěn)定性，電源電壓是否可以保證足夠穩(wěn)定，運(yùn)放的輸入阻抗是否對(duì)信號(hào)有分流影響，以與運(yùn)放是否在整個(gè)信號(hào)圍放大特性平坦，如此等等，造成這種廉價(jià)電路的實(shí)際效果不如人意。圖3.3 電流轉(zhuǎn)電壓模塊硬件原理圖3.4AD轉(zhuǎn)換模塊AD轉(zhuǎn)換即是模擬量（連續(xù)變化的量）到數(shù)字量（非連續(xù)的，離散的量）的轉(zhuǎn)換，依靠的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本實(shí)驗(yàn)使用的AD轉(zhuǎn)換模塊芯片為PCF8591PCF8591是一個(gè)8-bit CMOS數(shù)據(jù)獲取器件，其顯著的特點(diǎn)是單片集成、單獨(dú)供電和低功耗。該芯片具有4個(gè)模擬量輸入接口、1個(gè)模擬量輸出接口以與1個(gè)串行I²C總線接口，還有

43、三個(gè)可用來硬件地址編程的引腳A0，A1和A2。在PCF8591芯片上，地址、控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。芯片的工作電源圍是2.5v-6v，本實(shí)驗(yàn)芯片直接由單片機(jī)電源提供的5v電源進(jìn)行供電。如圖3.4所示就是pcf8591的原理圖。圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊硬件原理圖其中引腳1,2,3,4是4路的模擬輸入，引腳5,6,7是I2C總線的硬件地址，引腳9是I2C總線的雙向數(shù)據(jù)線SDA，10腳是時(shí)鐘信號(hào)線SCL，12腳是時(shí)鐘選擇引腳，高電平表示的是使用外部時(shí)鐘輸入，低電平表示的是使用部時(shí)鐘，本實(shí)驗(yàn)使用的是部時(shí)鐘，所以直接將12腳接地即可，并且11腳懸空。13腳是模擬地，如果

44、沒有復(fù)雜的模擬部分電路，可以直接將模擬地和數(shù)字地接到一起。本硬件原理圖使用的是Proteus設(shè)計(jì)的。Proteus系統(tǒng)默認(rèn)電源和地是連接好的，所以在原理圖中并沒有顯示電源和數(shù)字地。14腳是基準(zhǔn)源，即基準(zhǔn)電壓，一個(gè)精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓會(huì)使輸入的AD轉(zhuǎn)換的信號(hào)測量的準(zhǔn)確，從而減少偏差?；鶞?zhǔn)電壓的提供有兩種方法。一種是直接由單片機(jī)電源提供供電。即將14腳接到VCC上，可是VCC會(huì)受到電路用電情況的影響，一般并不是準(zhǔn)確的5V電壓，會(huì)有個(gè)0.1-0.2V左右的偏差。而且會(huì)隨著系統(tǒng)負(fù)載的變化而跟著產(chǎn)生波動(dòng)。所以這種情況一般都是用在一些個(gè)對(duì)精度要求不怎么高的地方。當(dāng)然，如果精度要求比較高的話，可以用方法二，為它提

45、供專門的精度很高的基準(zhǔn)電壓。由于本系統(tǒng)對(duì)精度的要求并不是非常的高，直接將基準(zhǔn)源接VCC上也能達(dá)到精度要求，所以采用第一種方法。3.5顯示模塊在本系統(tǒng)中顯示模塊使用的是LCD1602液晶顯示屏，硬件原理圖如下圖所示。液晶的顯示容量為2行，每行16個(gè)字符。液晶屏的工作電壓為5v，同樣可以由單片機(jī)電源直接供電。圖中液晶的電源和地同樣是默認(rèn)連接的。引腳方面主要說明的是4號(hào)引腳為數(shù)據(jù)命令選擇端（RS），高點(diǎn)平時(shí)為數(shù)據(jù)，低電平時(shí)是命令，與P3.6連接。5號(hào)引腳為讀寫選擇端（RW），與P3.5連接。6號(hào)引腳為使能端。7-14號(hào)引腳是8個(gè)數(shù)據(jù)引腳，用于讀寫數(shù)據(jù)和命令。本方案將其統(tǒng)一接到了P0端。此方案中，顯示

46、模塊主要是用于模擬測試，在實(shí)際的安裝中使用的是甲烷和二氧化碳檢測儀自帶的顯示器，并不需要用到這個(gè)顯示模塊，故只是略加說明。3.6本章小結(jié)在本章中介紹了控制系統(tǒng)硬件部分總體的原理圖，并逐一提到了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，電流轉(zhuǎn)電壓模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，以與顯示模塊，單片機(jī)的最小系統(tǒng)大家都是熟知的所以只是簡單提與，而顯示模塊只是用于測試，在具體控制系統(tǒng)上并不要求，故也只是略微介紹。4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)主要包括主程序、延時(shí)子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、液晶顯示程序、I2C通訊協(xié)議等組成。本程序中CH4、CO2的濃度控制參數(shù)可調(diào)。4.1控制系統(tǒng)控制要求1.通電，單片機(jī)初始化，運(yùn)行，電磁閥1開，壓縮機(jī)開，延時(shí)3

47、0秒后電磁閥1關(guān)閉，以排空水洗塔頂部廢氣。2.單片機(jī)接收甲烷、二氧化碳濃度檢測儀、，當(dāng)甲烷濃度檢測儀檢測到甲烷濃度大于90%時(shí)，電磁閥2開；當(dāng)甲烷檢測儀檢測到水洗塔中甲烷濃度低于85%，電磁閥2關(guān)。3.當(dāng)二氧化碳濃度檢測儀檢測到二氧化碳的濃度大于40%，壓縮機(jī)關(guān)，延時(shí)30秒，電磁閥3開，真空泵開，抽真空，溶解在水中的二氧化碳被釋放出來，并被收集。4.當(dāng)二氧化碳濃度檢測儀檢測到二氧化碳的濃度低于10%（由于雜質(zhì)氣體的存在，甲烷濃度不會(huì)超過90%，無須擔(dān)心電磁閥2開），關(guān)閉真空泵，延時(shí)30秒，關(guān)閉電磁閥3。5.單片機(jī)初始化運(yùn)行。4.2系統(tǒng)軟件主流程圖本方案以5個(gè)LED燈代表5個(gè)執(zhí)行器，進(jìn)行模擬執(zhí)行

48、器的工作狀態(tài)，其定義如下。sbit LED_1 = P10; /LED1代表電磁閥1sbit LED_2 = P11; /LED2代表電磁閥2sbit LED_3 = P12; /LED3代表電磁閥3sbit LED_4YSJ = P13; /LED4代表壓縮機(jī)sbit LED_5ZKB= P14; /LED5代表真空泵圖4.1系統(tǒng)軟件主流程圖4.3控制部分主程序void main() unsigned char val0,val3; unsigned char VIN010,VIN310; EA = 1; /開總中斷 ConfigTimer0(10); /配置T0定時(shí)10ms InitLcd

49、1602(); /初始化液晶 LcdShowStr(0, 0, "AIN0 AIN3"); /顯示通道1和通道3指示 LED_1 =0; /電磁閥1開 while (1) LED_4YSJ =0; /壓縮機(jī)開 delay_ms(30000);/延時(shí)30秒 LED_1=1; /電磁閥1關(guān)if (flag300ms) flag300ms = 0; /顯示通道0的電壓 val0 = GetADCValue(0); /獲取ADC通道0的轉(zhuǎn)換值ValueToString(VIN0, val0); /轉(zhuǎn)為字符串格式的電壓值 LcdShowStr(0, 1, VIN0); /顯示到液晶上

50、 /顯示通道3的電壓 val3 = GetADCValue(3); ValueToString(VIN3, val3); LcdShowStr(10, 1, VIN3); if ( val0>=90) LED_2 = 0; /CH4濃度大于90%，電磁閥2開if ( val0<=85) LED_2 = 1; /CH4濃度小于85%，電磁閥2關(guān) if ( val3>=40) /二氧化碳濃度大于40% LED_4YSJ = 0; /壓縮機(jī)開 delay_ms(1000);/延時(shí) LED_3 =0; LED_5ZKB=0;if ( val3<=10) LED_5ZKB= 1;

51、 delay_ms(1000);/延時(shí) LED_3 =1;4.4延時(shí)子程序延時(shí)子程序在單片機(jī)的編程里面是非常常見的，幾乎個(gè)個(gè)程序都會(huì)用到，哪怕是剛接觸到單片機(jī)的初學(xué)者編寫流水燈程序時(shí)也會(huì)用到。一般編寫延時(shí)程序都是要根據(jù)單片機(jī)的機(jī)械周期來編寫，51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)械周期包括12個(gè)時(shí)鐘震蕩周期，時(shí)鐘震蕩周期取決于單片機(jī)連接的晶振的頻率，本次實(shí)驗(yàn)使用的晶振頻率為11.0592MHz，即一個(gè)機(jī)械周期時(shí)間為約為12/11059200秒，本實(shí)驗(yàn)定義的為1ms的延時(shí)子程序。延時(shí)的程序大家基本都比較熟悉，所以這里不再多加說明。4.5AD轉(zhuǎn)換程序PCF8591共有4個(gè)模擬量輸入通道，通道0到通道3，首先單片機(jī)對(duì)P

52、CF8591進(jìn)行尋址，寫入控制字節(jié)，選擇轉(zhuǎn)換通道，再次對(duì)PCF8591進(jìn)行尋址，然后進(jìn)行讀操作 ，為了提供采樣的時(shí)間，這邊讓其先空讀一個(gè)字節(jié)，最后再讀取轉(zhuǎn)換完的值。4.6本章小結(jié)本章根據(jù)水洗的具體流程得出軟件控制的流程，并制作出總體的軟件流程圖，給出了主體部分的程序。簡單說明延時(shí)子程序和AD的轉(zhuǎn)換5系統(tǒng)調(diào)試5.1線性度確認(rèn)在調(diào)試系統(tǒng)之前首先進(jìn)行的是對(duì)氣體檢測儀的輸出信號(hào)進(jìn)行線性度測定，我改變檢測儀的氣體環(huán)境，用電流表測量檢測儀輸出的電流值，與計(jì)算值進(jìn)行比較，確認(rèn)氣體測定儀的線性度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表顯示表5.1氣體檢測儀顯示濃度與輸出電流甲烷濃度（%）實(shí)測值(mA)計(jì)算值（mA）9018.418.

53、47515.916.06013.813.64511.211.2308.98.8156.46.404.04.0由數(shù)據(jù)可見，在誤差允許圍，氣體檢測儀檢測到的氣體濃度與輸出信號(hào)之間是呈線性變化的二氧化碳檢測儀的廠商，型號(hào)，與甲烷氣體檢測儀都是一樣的，因?yàn)槿鄙俣趸嫉臍怏w環(huán)境，我假定二氧化碳檢測儀測得的氣體濃度與輸出的電流信號(hào)之間也是呈線性變化的。其次對(duì)電流信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)化后的電壓值與氣體濃度之間的線性度進(jìn)行測定，也就是對(duì)轉(zhuǎn)化前后的電流與電壓之間線性度測定。將氣體測定儀的電流信號(hào)輸出線路與電流轉(zhuǎn)電壓模塊相連接，再將電流轉(zhuǎn)電壓模塊的輸出端與電壓表相連接，調(diào)整模塊上的滑動(dòng)變阻器，使得當(dāng)輸入電流為0.4mA即

54、氣體檢測儀的濃度顯示為零時(shí)電壓表顯示讀數(shù)為零，輸入電流為20mA即氣體濃度為100%時(shí)，電壓表讀數(shù)為5v。5.2工作流程驗(yàn)證為了驗(yàn)證控制系統(tǒng)在實(shí)際中是否能夠順利運(yùn)行，做了驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)原理如圖所示，試驗(yàn)儀器如表5-1所示使用兩個(gè)4-20mA電流源來模擬分別模擬CH4、CO2檢測儀器的電流信號(hào)，調(diào)節(jié)到計(jì)算好的電流，觀察LED亮滅情況與顯示屏的數(shù)值。圖5-1 試驗(yàn)原理圖表5-2 開發(fā)板LED燈對(duì)應(yīng)的執(zhí)行元件表端口Led燈代表執(zhí)行元件P1.0右邊第1個(gè)紅色led電磁閥1P1.1右邊第2個(gè)黃色led電磁閥2P1.2右邊第3個(gè)綠色led電磁閥3P1.3右邊第4個(gè)紅色led壓縮機(jī)P1.4右邊第5個(gè)黃色le

55、d真空泵驗(yàn)證流程1.連接好電路，單片機(jī)初始化，運(yùn)行。觀察右1燈、右4燈是否點(diǎn)亮，等待30s后，右1燈是否關(guān)閉。2.緩慢調(diào)節(jié)1號(hào)信號(hào)發(fā)生器到19mA左右，觀察右2燈是否點(diǎn)亮；如果點(diǎn)亮后，緩慢降低1號(hào)信號(hào)發(fā)生器到17mA，觀察右2燈是否熄滅。3.緩慢調(diào)節(jié)2號(hào)信號(hào)發(fā)生器到17mA，觀察右4燈是否熄滅，等待30秒，觀察右3燈、右5燈是否點(diǎn)亮。4. 緩慢減低2號(hào)信號(hào)發(fā)生器到7mA，觀察右5燈是否熄滅，如果熄滅后5.單片機(jī)是否初始化運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期，該沼氣壓力水洗系統(tǒng)方案確實(shí)可行。5.3本章小結(jié)本章主要介紹了對(duì)氣體檢測儀的線性度檢測調(diào)試數(shù)據(jù)，為驗(yàn)證控制系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中的狀態(tài)，進(jìn)行了驗(yàn)證模擬實(shí)驗(yàn)確定控制系統(tǒng)的可行性6總結(jié)與展望6.1總結(jié)本文介紹了目前沼氣提純的一些技術(shù)與方法，國外沼氣提純技術(shù)的現(xiàn)狀與歷史，表現(xiàn)了沼氣提純在未來有著巨大的發(fā)展前景。描述了沼氣的水洗法提純的高效率，低成本，浪費(fèi)量少，經(jīng)濟(jì)效益高等的優(yōu)點(diǎn)。旨在研究沼氣壓力水洗法將沼氣中甲烷含量提升到90%或以上的控