本发明属于焦炉烟道气体数据监测，尤其涉及一种焦炉烟道气体数据监测方法及系统。
背景技术：
1、随着科学技术的快速发展，数据采集系统已广泛应用于航天、军事、工业、医疗等各个领域，尤其在高精度产品的检测和监控项目中发挥着至关重要的作用。在实际工程应用中，要求采集系统具有高速率、高精度、实时处理、系统稳定性好和通道数量多等特点。
2、随着现代技术的发展，技术的发展一方面给人类带来了大量的财富和舒适的生活环境，另一方面由于生产中火灾、爆炸、中毒等重大事故的频频发生，不仅给企业带来了高额的经济损失，也使石油石化产业长期处于高能耗、高污染、高破坏的环境。
3、生产设备的正常运转以及维持良好稳定的生产环境是安全生产的重点，人工对设备的巡查始终是设备维护与监测的一个重要手段。
4、在现代工业中，工业自动化控制对企业生产的安全、节能、环保等方面起着重要的作用。传感信息对工艺流程中的介质进行精确、高效地数据采集，能为工业生产提供相关的生产控制依据，并依此实施相关自动化控制，从而实现安全、节能、环保的正常生产。
5、炼焦化学工业是煤炭化工的一个重要部分，产品焦碳可作高炉冶炼的燃料，也可用与铸造、有色金属冶炼、制造水煤气；可用于制造生产合成氨的发生炉煤气，也可用来制造电石，以获得有机合成工业的原料。在炼焦过程中产生的化学产品经过回收、加工提取焦油、氨、奈、硫化氢、粗苯等产品，并获得净焦炉煤气、煤焦油、粗苯精制加工和深度加工后，可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等，这些产品广泛用于化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。净焦炉煤气可供民用和作工业燃料。煤气中的氨可用来制造硫酸氨、浓氨水、无水氨等。炼焦化学工业的产品已达数百种。但煤炭主要加工方法是高温炼焦回收化学产品，因为此方法的生产工艺往往会产生可燃性易爆气体co、h2、ch4等数种。随着节能和环保的概念与意识越来越被人们重视，保护环境、节约能源已经成为企业降低生产成本增强产品市场竞争力的最有效手段之一。对于许多大中型工业企业如发电厂、炼油厂、石化企业、冶金企业等来说，降低能耗、提高燃烧效率是个十分令人关心的问题，炼焦行业也不例外。
6、焦炉冶炼焦炭的过程中为了节约能耗，控制燃烧比，提高燃烧效率的最好的方法就是对烟道中烟气进行连续监测，得知其氧气和燃烧物的含量或二氧化碳的含量。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的本发明公开了焦炉烟道气体数据监测方法及系统，通过对焦炉烟道气体的实时检测完成对焦炉烟道气体数据进行实时智能监测。
2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
3、焦炉烟道气体数据监测系统，包含用于采集焦炉烟道气体参数的气体检测模块、温度检测模块、烟尘颗粒浓度检测模块、烟气压力检测模块，还包含多路复用开关、放大电路及双运放带通滤波器、模数转换器、微控制器模块、射频开关电路、无线射频芯片、时钟模块、接口电路模块、存储器模块、显示及输入模块、报警模块、可充电电池、充电控制模块；所述气体检测模块、温度检测模块、烟尘颗粒浓度检测模块、烟气压力检测模块的输出端分别连接多路复用开关的输入端，所述多路复用开关的输出端连接放大电路及双运放带通滤波器的输入端，所述放大电路及双运放带通滤波器的输出端连接模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接微控制器模块的输入端，所述微控制器模块通过射频开关电路连接无线射频芯片，所述时钟模块、接口电路模块、存储器模块、显示及输入模块、报警模块分别与微控制器模块连接，所述充电控制模块通过可充电电池连接微控制器模块。
4、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述充电控制模块包含充电控制电路、充电控制器、过流保护电路、解调模块、全桥驱动器、调压模块，所述充电控制电路、过流保护电路分别与充电控制器连接，所述充电控制器分别经过解调模块、调压模块连接全桥驱动器；
5、其中，充电控制电路与可充电电池连接，用于可充电电池的充电控制；
6、过流保护电路，用于可充电电池的充电控制时的过流保护；
7、所述调压模块和全桥驱动器连接，用于通过反馈引脚实现自动稳压；
8、所述解调模块与全桥驱动器连接，用于将解调后的数据传给充电控制器处理；
9、所述充电控制器分别与调压模块和解调模块连接，用于控制调压模块的调压精度及调压范围，并且及时处理解调模块反馈的接收功率请求，根据需求输出控制信号给调压模块，进而实现多档位的电压精准调节。
10、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述微控制器模块包含ad采集控制单元、数据处理及ram读写模单元、端口控制单元、同步时钟控制单元、命令解帧单元、fifo数据缓存单元、数据判读单元，以及供电电路、复位电路、晶振电路、下载电路和配置spi flash电路，所述ad采集控制单元、端口控制单元、同步时钟控制单元、命令解帧单元、fifo数据缓存单元、数据判读单元，以及供电电路、复位电路、晶振电路、下载电路和配置spi flash电路分别与数据处理及ram读写模单元连接。
11、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述放大电路及双运放带通滤波器包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器，其中，信号输入-in端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接第一电容的一端、第三电阻的一端和第一运算放大器的负电源脚，第一电容的另一端分别连接第三电阻的另一端、第一运算放大器的输出脚，信号输入+in端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端分别连接第一运算放大器的正电源脚、第四电阻的一端、第二电容的一端，第二电容的另一端连接第四电阻的另一端并接地，第一运算放大器的输出脚连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第二运算放大器的正电源脚，第二运算放大器的负电源脚连接第三运算放大器的负电源脚，第三运算放大器的正电源脚分别连接第八电阻的一端、第九电阻的一端，第九电阻的另一端接地，第八电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第第二运算放大器的输出脚，第七电阻的另一端连接第四电容的一端，第四电容的另一端分别连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地。
12、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述解调模块包含电压输入vin端、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r7、电容c1、电容c2、电容c3、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、电感l1、芯片fr9885、电压输出vdcdc端、电压输出vcontrol端；电压输入vin端分别连接电容c1的一端、电容c2的一端和芯片fr9885的vin端，电容c1的另一端分别连接电容c2的另一端、电容c3的一端和芯片fr9885的gnd端并接地，电容c3的另一端连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接芯片fr9885的shdn端，芯片fr9885的bst端连接电容c9的一端，电容c9的另一端分别连接芯片fr9885的lx端和电感l1的一端，电感l1的另一端分别连接电阻r2的一端、电容c5的一端、电容c6的一端、电容c7的一端、电容c8的一端和电压输出vdcdc端，电容c5的另一端分别连接电阻r2的另一端、电阻r3的一端、电阻r7的一端和芯片fr9885的fb端，电阻r7的另一端连接电压输出vcontrol端，电阻r3的另一端接地，电容c6的另一端分别连接电容c7的另一端和电容c8的另一端并接地。
13、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一mos管和第二mos管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二mos管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一mos管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二mos管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一mos管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。
14、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述射频开关电路包含射频rf端、第一nmos晶体管q1、第二nmos晶体管q2、第三nmos晶体管q3、第四nmos晶体管q4、第五nmos晶体管q5、第六nmos晶体管q6，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、射频ant端、电压vctrl端和电压vctri端，其中，射频rf端分别连接第五电阻r5的一端、第七电阻r7的一端、第三nmos晶体管q3的漏极、第四nmos晶体管q4的漏极，第五电阻r5的另一端分别连接第三nmos晶体管q3的源极、第二nmos晶体管q2的漏极和第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端分别连接第一nmos晶体管q1的第二nmos晶体管q2的源极、第一nmos晶体管q1的漏极和第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端连接第一nmos晶体管q1的源极并接地，第一nmos晶体管q1的基底极连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极分别连接第一nmos晶体管q1的栅极和第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端分别连接第四电阻r4的一端和电压vctri端，第六电阻r6的一端，第四电阻r4的另一端分别连接第二nmos晶体管q2的栅极和第二二极管d2的阴极，第二二极管d2的阳极连接第二nmos晶体管q2的基底极；第六电阻r4的另一端分别连接第三nmos晶体管q3的栅极和第三二极管d3的阴极，第三二极管d3的阳极连接第三nmos晶体管q3的基底极；第四nmos晶体管q4的栅极分别连接第四二极管d4的阴极、第八电阻的r8的一端，第七电阻r7的另一端分别连接第四nmos晶体管q4的源极、第五nmos晶体管q5漏极、第九电阻r9的一端，第五nmos晶体管q5栅极分别连接第十电阻r10的一端和第五二极管d5的阴极，第五二极管d5的阳极连接第五二极管d5的基底极，第五nmos晶体管q5源极分别连接第九电阻r9的另一端、第十一电阻r11的一端和第六nmos晶体管q6的漏极，第六nmos晶体管q6的栅极分别连接第十二电阻r12的一端和第六二极管d6的阴极，第六二极管d6的阳极连接第六二极管d6的基底极，第十二电阻r12的另一端连接第八电阻r8的另一端，第十电阻r10的另一端连接电压vctrl端，第六nmos晶体管q6的源极分别连接第十一电阻r11的另一端和射频ant端
15、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述无线射频芯片采用无线收发芯片nrf905。
16、作为本发明焦炉烟道气体数据监测系统的进一步优选方案，所述多路复用开关的芯片型号为amc4601。
17、一种基于焦炉烟道气体数据监测系统的监测方法，具体包含如下步骤；
18、步骤1，通过气体检测模块、温度检测模块、烟尘颗粒浓度检测模块、烟气压力检测模块实时对焦炉烟道的气体参数进行采集，采用多路复用模拟开关选择分时输出给后续的放大电路及双运放带通滤波器；
19、步骤2，通过放大电路及双运放带通滤波器对采集的气体参数的数据进行放大和滤波处理后输入到模数转换器，大大减小测量中的信号噪声以及信号的损耗，将模拟信号转换为数字信号，传输至微控制器模块，进而有利于信号的长距离无线传输；
20、步骤3，通过微控制器模块将采集的气体参数经处理后，通过显示及输入模块显示焦炉烟道的气体参数，并判断采集数据是否高于设阈值，大于阈值则通过报警模块发出警报；
21、步骤4，微控制器模块通过无线射频模块将采集处理后的气体参数上传至监控终端，完成焦炉烟道气体数据监测系统的智能监测。
22、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
23、1、本发明通过气体检测模块、温度检测模块、烟尘颗粒浓度检测模块、烟气压力检测模块实时对焦炉烟道的气体参数进行采集，采用多路复用模拟开关选择分时输出给后续的放大电路及双运放带通滤波器；通过放大电路及双运放带通滤波器对采集的气体参数的数据进行放大和滤波处理后输入到模数转换器，大大减小测量中的信号噪声以及信号的损耗，将模拟信号转换为数字信号，传输至微控制器模块，进而有利于信号的长距离无线传输；通过微控制器模块将采集的气体参数经处理后，通过显示及输入模块显示焦炉烟道的气体参数，并判断采集数据是否高于设阈值，大于阈值则通过报警模块发出警报；微控制器模块通过无线射频模块将采集处理后的气体参数上传至监控终端，完成焦炉烟道气体数据监测系统的智能监测。
24、2、本发明充电控制模块包含充电控制电路、充电控制器、过流保护电路、解调模块、全桥驱动器、调压模块；充电控制电路与可充电电池连接，用于可充电电池的充电控制；过流保护电路，用于可充电电池的充电控制时的过流保护；所述调压模块和全桥驱动器连接，用于通过反馈引脚实现自动稳压；所述解调模块与全桥驱动器连接，用于将解调后的数据传给充电控制器处理；所述充电控制器分别与调压模块和解调模块连接，用于控制调压模块的调压精度及调压范围，并且及时处理解调模块反馈的接收功率请求，根据需求输出控制信号给调压模块，进而实现多档位的电压精准调节。
25、3、本发明采用xilinx公司的spartan6系列的fpga作为核心控制器件，实现了数据采集控制、数据缓存、数据处理、数据存储、数据传输和同步时钟控制等功能，具有精度高、速率快、可靠性好、实时性强、成本低等特点；本发明以fpga作为主要处理器的16通道实时高速高精度的同步数据采集系统，在实际监测工程中的采样频率为200khz，运用fpga合理地控制和协调数据流在各个模块之间传输，进而实现系统所需求的实时、同步和高速采集等功能。
26、4、本发明射频开关电路，其能在保证插损和隔离度的前提下，更好地满足大电压摆幅的工作，其对传统的堆叠技术进行改进，削弱电压分布不均，显著提高支路电压处理能力，实现支路电压耐受能力的提高，从而更好地用于天线调谐，满足在天线失配情况下仍能正常工作；射频开关部分采用串-并联结构，两条支路的控制信号互补；当串联支路导通时，等效于小电阻，并联支路关闭，等效于电容和电阻并联。
27、5、本发明充电控制电路采用了mos管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电，改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命；可以通过硬件和软件控制设备的开关机，还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机。
1.焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：包含用于采集焦炉烟道气体参数的气体检测模块、温度检测模块、烟尘颗粒浓度检测模块、烟气压力检测模块，还包含多路复用开关、放大电路及双运放带通滤波器、模数转换器、微控制器模块、射频开关电路、无线射频芯片、时钟模块、接口电路模块、存储器模块、显示及输入模块、报警模块、可充电电池、充电控制模块；所述气体检测模块、温度检测模块、烟尘颗粒浓度检测模块、烟气压力检测模块的输出端分别连接多路复用开关的输入端，所述多路复用开关的输出端连接放大电路及双运放带通滤波器的输入端，所述放大电路及双运放带通滤波器的输出端连接模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接微控制器模块的输入端，所述微控制器模块通过射频开关电路连接无线射频芯片，所述时钟模块、接口电路模块、存储器模块、显示及输入模块、报警模块分别与微控制器模块连接，所述充电控制模块通过可充电电池连接微控制器模块。
2.根据权利要求1所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述充电控制模块包含充电控制电路、充电控制器、过流保护电路、解调模块、全桥驱动器、调压模块，所述充电控制电路、过流保护电路分别与充电控制器连接，所述充电控制器分别经过解调模块、调压模块连接全桥驱动器；
3.根据权利要求1所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述微控制器模块包含ad采集控制单元、数据处理及ram读写模单元、端口控制单元、同步时钟控制单元、命令解帧单元、fifo数据缓存单元、数据判读单元，以及供电电路、复位电路、晶振电路、下载电路和配置spi flash电路，所述ad采集控制单元、端口控制单元、同步时钟控制单元、命令解帧单元、fifo数据缓存单元、数据判读单元，以及供电电路、复位电路、晶振电路、下载电路和配置spi flash电路分别与数据处理及ram读写模单元连接。
4.根据权利要求1所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述放大电路及双运放带通滤波器包含第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器，其中，信号输入-in端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接第一电容的一端、第三电阻的一端和第一运算放大器的负电源脚，第一电容的另一端分别连接第三电阻的另一端、第一运算放大器的输出脚，信号输入+in端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端分别连接第一运算放大器的正电源脚、第四电阻的一端、第二电容的一端，第二电容的另一端连接第四电阻的另一端并接地，第一运算放大器的输出脚连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第二运算放大器的正电源脚，第二运算放大器的负电源脚连接第三运算放大器的负电源脚，第三运算放大器的正电源脚分别连接第八电阻的一端、第九电阻的一端，第九电阻的另一端接地，第八电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和第第二运算放大器的输出脚，第七电阻的另一端连接第四电容的一端，第四电容的另一端分别连接第九电阻的一端，第九电阻的另一端连接第三电容的一端，第三电容的另一端接地。
5.根据权利要求2所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述解调模块包含电压输入vin端、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r7、电容c1、电容c2、电容c3、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、电感l1、芯片fr9885、电压输出vdcdc端、电压输出vcontrol端；电压输入vin端分别连接电容c1的一端、电容c2的一端和芯片fr9885的vin端，电容c1的另一端分别连接电容c2的另一端、电容c3的一端和芯片fr9885的gnd端并接地，电容c3的另一端连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接芯片fr9885的shdn端，芯片fr9885的bst端连接电容c9的一端，电容c9的另一端分别连接芯片fr9885的lx端和电感l1的一端，电感l1的另一端分别连接电阻r2的一端、电容c5的一端、电容c6的一端、电容c7的一端、电容c8的一端和电压输出vdcdc端，电容c5的另一端分别连接电阻r2的另一端、电阻r3的一端、电阻r7的一端和芯片fr9885的fb端，电阻r7的另一端连接电压输出vcontrol端，电阻r3的另一端接地，电容c6的另一端分别连接电容c7的另一端和电容c8的另一端并接地。
6.根据权利要求1所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一mos管和第二mos管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二mos管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一mos管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二mos管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一mos管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。
7.根据权利要求1所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述射频开关电路包含射频rf端、第一nmos晶体管q1、第二nmos晶体管q2、第三nmos晶体管q3、第四nmos晶体管q4、第五nmos晶体管q5、第六nmos晶体管q6，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、射频ant端、电压vctrl端和电压vctri端，其中，射频rf端分别连接第五电阻r5的一端、第七电阻r7的一端、第三nmos晶体管q3的漏极、第四nmos晶体管q4的漏极，第五电阻r5的另一端分别连接第三nmos晶体管q3的源极、第二nmos晶体管q2的漏极和第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端分别连接第一nmos晶体管q1的第二nmos晶体管q2的源极、第一nmos晶体管q1的漏极和第一电阻r1的一端，第一电阻r1的另一端连接第一nmos晶体管q1的源极并接地，第一nmos晶体管q1的基底极连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极分别连接第一nmos晶体管q1的栅极和第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端分别连接第四电阻r4的一端和电压vctri端，第六电阻r6的一端，第四电阻r4的另一端分别连接第二nmos晶体管q2的栅极和第二二极管d2的阴极，第二二极管d2的阳极连接第二nmos晶体管q2的基底极；第六电阻r4的另一端分别连接第三nmos晶体管q3的栅极和第三二极管d3的阴极，第三二极管d3的阳极连接第三nmos晶体管q3的基底极；第四nmos晶体管q4的栅极分别连接第四二极管d4的阴极、第八电阻的r8的一端，第七电阻r7的另一端分别连接第四nmos晶体管q4的源极、第五nmos晶体管q5漏极、第九电阻r9的一端，第五nmos晶体管q5栅极分别连接第十电阻r10的一端和第五二极管d5的阴极，第五二极管d5的阳极连接第五二极管d5的基底极，第五nmos晶体管q5源极分别连接第九电阻r9的另一端、第十一电阻r11的一端和第六nmos晶体管q6的漏极，第六nmos晶体管q6的栅极分别连接第十二电阻r12的一端和第六二极管d6的阴极，第六二极管d6的阳极连接第六二极管d6的基底极，第十二电阻r12的另一端连接第八电阻r8的另一端，第十电阻r10的另一端连接电压vctrl端，第六nmos晶体管q6的源极分别连接第十一电阻r11的另一端和射频ant端。
8.根据权利要求1所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述无线射频芯片采用无线收发芯片nrf905。
9.根据权利要求1所述的焦炉烟道气体数据监测系统，其特征在于：所述多路复用开关的芯片型号为amc4601。
10.一种基于权利要求1至9任一项所述的焦炉烟道气体数据监测系统的监测方法，其特征在于：具体包含如下步骤；
