基于凌阳单片机的瓦斯数据采集报警系统
基于单片机的电网数据采集系统的设计
摘要家庭和实验室中各种对电压要求比较高的电器和设备，在电压产生过高或者过低的波动时会产生误差或者损坏，此时必须对电压进行实时的在线监测。
本系统采用凌阳SPCE061A单片机作为核心控制器件来控制的电压采集系统。
利用霍尔电压传感器来对220伏，50赫兹的电压信号进行数据采集。
经电压调理电路的调理和滤波器的滤波得到适合单片机的直流电压信号，进行采样信号的分析和处理，并与设定的基准值相比较，对其结果用LED实时输出。
本设计涉及语言学、计算机科学、信号处理、模/数电转换等诸多领域，在煤矿、生产制造都可广泛运用，该技术有非常广阔的应用前景。
关键词：单片机，波动，监测，数据采集，滤波AbstractThis design is based on acquisition system with microprocessor controlled voltage. Home and laboratory on the voltage requirements of various electrical appliances and equipment relatively high, too high or too low in voltage fluctuations generated when errors or damaged, it is essential for real-time monitoring of voltage. The system uses Sunplus SPCE061A MCU as the core control device, using Hall voltage sensor on 220 volts, 50 Hz voltage signal data acquisition. The conditioning circuit filter conditioning and filtering by taking into account wave devices for single chip DC voltage signal, sampled signal analysis and processing, and with the reference value set by comparing its results with real-time LED output. The design involves linguistics, computer science, signal processing, analog / digital power conversion and many other fields, in coal mines, production can be widely used, the technology has very broad application prospects.Key word: SCM , volatility , monitoring , data collection , filtering目录1 绪论 (4)1.1电压数据采集的现状 (4)1.2电压数据采集的基本原理 (4)1.3本系统设计的目的 (5)1.4本系统完成的功能 (6)2 模块特性介绍 (8)2.1SPCE061A模块的介绍 (9)2.2SPCE061A单片机的介绍 (11)3 系统的硬件设计 (18)3.1电压传感器的选择和设计 (18)3.2调理电路的设计 (20)3.3二阶滤波器的原理及设计 (22)3.4采样的方式和原理 (24)3.5整个电路的绘制 (25)4 系统软件的设计 (28)4.1编程语言的选择 (28)4.2编程环境的介绍 (29)4.3系统的程序 (31)5 采集系统调试与运行结果分析 (35)5.1数据采集系统硬件的调试 (35)5.2系统测试时出现的问题及解决方法 (36)5.3小结 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 绪论随着科学技术的飞速发展，对数据处理的实时性要求也愈来愈迫切。
基于单片机的矿井瓦斯检测报警系统
毕业论文（设计）材料
题目：基于单片机的矿井瓦斯检测报警系统
设计
学生姓名：夏成毅
学生学号：**********
系别：电气信息工程学院
专业：自动化
届别：2012
指导教师：杨国诗
填写说明
1、本材料包括淮南师范学院本科毕业论文（设计）任务书、开题报告以及毕业论文（设计）评审表三部分内容。
2、本材料填写顺序依次为：
（1）指导教师下达毕业论文（设计）任务书；
（2）学生根据毕业论文（设计）任务书的要求，在文献查阅的基础上撰写开题报告，送交指导教师审阅并签字认可；
（3）毕业论文（设计）工作后期，学生填写毕业论文（设计）主要内容，连同毕业论文（设计）全文一并送交指导教师审阅，指导教师根据学生实际完成的论文（设计）质量进行评价；
（4）指导教师将此表连同学生毕业论文（设计）全文一并送交评阅教师评阅。
3、指导教师、评阅教师对学生毕业论文（设计）的成绩评定均采用百分制。
4、毕业论文（设计）答辩记录不包括在此表中。
一、毕业论文（设计）任务书
二、毕业论文（设计）开题报告
三、毕业论文（设计）评审表。
基于单片机的瓦斯监控的硬件设计
基于单片机的瓦斯监控系统的硬件设计电子信息工程专业［摘要］本文概述了瓦斯监控器的现状及其基本原理，主要论述了利用单片机实现瓦斯监控器的设计与实现方法。
瓦斯监控器是一种采用单片机控制的智能化仪表，为了满足煤矿井下使用携带方便、安全可靠等要求，在设计上作了如下的必要的考虑：考虑到小型化仪表的结构，以及今后改进的方便，我们将单片机进行了模块化处理。
系统的各个模块都由它控制完成。
本文针对目前情况设计一种井下便携式瓦斯监控器，当瓦斯气体浓度接近危险值时，自动发出报警，提醒井下人员立刻离开。
该设备同时还具备灵敏度调节和检测强度调节开关，有简单、方便、准确、实用等特点。
［关键词］单片机；瓦斯气体检测；气敏传感器；报警Hardware Design of Gas Monitoring System Based on MCUElectrical & Information Engineering MajorAbstract: This paper has outlined the gas detector present situation and its the basic principle, mainly elaborated the use monolithic integrated circuit realization gas detector design and the realization method. The gas detector is one kind the intellectualized measuring appliance which uses the monolithic integrated circuit to control, in order to satisfy the coal mine mine shaft use to carry conveniently, safe is reliable and so on the request, has made the following necessity consideration in the design: Considered the miniaturized measuring appliance the structure, as well as next improvement convenient, we have carried on the monolithic integrated circuit modular processing. System each module all controls by it completes.This paper designs one kind of mineshaft portable gas detector in view of the present situation, when the gas gas density approaches the dangerous value, automatically sends out reports to the police, the reminder mineshaft personnel leaves immediately. At the same time this equipment also has the sensitivity adjustment and the examination intensity regulating cock, has simply, convenient, accurate, is practical and so on the characteristic.Key words: AT89C51; Gas gas detection; Angry quick sensor; Reports to the policeI目录1 引言 (1)1.1 课题研究的目的和意义 (1)1.2 国内外气体检测系统研究现状 (1)1.3 课题研究的内容和方案 (2)1.3.1 课题研究的内容及要求 (2)1.3.2 课题研究的总体解决方案 (2)2 瓦斯报警器的设计概述 (3)2.1 概述 (3)2.2 设计方案 (3)2.3 系统分析 (4)2.4 本章小结 (4)3 硬件系统设计 (5)3.1 主控单元 (5)3.2 气体采样单元 (6)3.3 单片机控制单元 (7)3.3.1 按键电路 (7)3.4 调节执行单元 (10)3.5 电源 (11)3.6 报警单元 (11)4 仿真结果 (12)5 总结 .................................................. 错误！未定义书签。
基于单片机的煤矿瓦斯报警系统研究
高 海 林
基于单片机的煤矿瓦斯报警系统研究
（ 黑龙 江技师学院 电气工程系， 黑龙江 鸡 西 １８０ ） ５ １０
摘 要： 井安全已成为影响矿业生产， 矿 保持矿井持续 、 健康发展 的重大问题 ， 这就对矿井安全 的科研 工作提 出了更高的要求。 需要进一步研究 矿井 自然灾害的预防及控制技术。此文首先对矿井瓦斯灾害预警系统的技术现状和发展前景进行 了详细的研究和分析后 ， 近而提 出了利用新型传 感器采集数据 、 射频技 术传输数据 的设计方案。该方案包括采集数据的传感器群（ 瓦斯 、 Ｏ、 尘、 Ｃ 粉 温度 、 向风速传 感器等）利用射频技术实现分站 风 ， 与中心站之 间的通信 ， 通过无线传输将数据从 中心站传送至管理 中心等。 中重点研 究了瓦斯 、 Ｏ等传感器的数据采集及 ＡＤ转换 、 其 Ｃ ／ 数字滤波和两 种传输方式的设计。矿井瓦斯 灾害预警系统 中判断是否 出现危险最直接的方法就是将传感器群采集到的各种数据 与相应安全值相 比较。 关键 词 ： 井： ： 感 器； 频 矿 瓦斯 传 射
引言 器 的 ３ｌ 分 别 接 上 电 源 和 地 ， 、脚 ４ 脚通过一个 Ｐ Ｐ型三极管连到电 Ｎ
表 １工作模式表
图 ３基 本 电路 如 原 理及 应 用 天线 中的导线 产生电流 ，因此— 些 的数据收集至一处， 然后将数据传输至井上。井下 能量从这些电磁场中传播到与接收天线相连接的 射频设施， 从而保障了数据采集工作的准确性 、 稳 分站部分要测的参数很多有些需要 ＭＤ转换有些 传输线中， 并到达接收机。天线的没计是—个很精 定 性与可靠 性。
全 与 环 保 ．０ ６ ． ２ ０ ， ４
圈雷建龙． 单总线数 字温度传感器 Ｄ １ Ｂ ０在矿 Ｓ８２ 井温度 监测 中的应用ｔ矿 山机械 ，０ ６ Ｊ ／ － ２ ０．
基于单片机的瓦斯报警系统设计报告
测控技术与仪器专业综合课程设计设计说明书班级：学号：姓名：指导教师：电气工程学院2013年1月2日电气工程学院综合课程设计成绩评定表目次引言 (1)1 文献综述 (2)1.1瓦斯监测的现状 (2)1.2瓦斯监测的发展方向 (2)2 总体设计方案 (3)2.1系统组成 (3)2.2 工作原理 (3)3 具体实施方案 (4)3.1瓦斯检测设备 (4)3.1.1瓦斯浓度检测仪的分类 (4)3.1.2 热催化元件的结构及工作原理 (5)3.1.3 整机的工作原理 (11)3.2 A/D转换电路 (12)3.2.1 ADC0809的介绍 (12)3.2.2引脚功能 (12)3.2.3主要特性 (13)3.3 单片机的概述 (14)3.3.1 8031简介 (14)3.3.2单片机复位电路 (16)3.3.3单片机中断系统 (16)3.3.4 8031单片机对ADC0809的接口 (19)3.2.5系统电源 (20)3.2.6 气体传感器 (21)参考文献 (25)附录： (26)引言国内对瓦斯的检测以CH4检测为主,毒气的检测以CO检测为主;而国外用可燃性气体的检测代替单一CH4气体的测量,毒气包括H2S的测量。
单从我国技术发展上来说，我国在瓦斯监测监控系统的应用上起步较晚，上世纪80年代初才从国外引进了这一系统，而且仅用于部分国有重点煤矿，所以就瓦斯监测监控系统而言，目前也存在着不够完善的地方：第一，我国煤矿的瓦斯灾害防治技术虽已处于世界先进水平，但防灾抗灾的安全仪表和装备的技术水平与国外相比差距较大。
第二，受技术条件限制，许多煤矿的瓦斯监测数据无法传输给集团公司或上级主管部门，仍未建立全集团或整个地区的瓦斯监测监控网络。
第三，已安装的瓦斯监测监控系统型号各异，信号传输方式不尽相同，有的采取时分制，有的采取频分制，还有的利用载波传输，给系统的管理、使用、维护以及联网带来诸多不便。
第四，由于瓦斯监测监控系统对气体传感器的精度、性能、稳定性方面的要求越来越高，因此对气体传感器的研究和开发也越来越重要。
基于单片机的煤矿瓦斯检测传感报警器的设计
基于单片机的煤矿瓦斯检测传感报警器的设计针对煤矿瓦斯爆炸事故频发的问题，文章设计了一种以STC12C5A60S2單片机为核心的经济、实用的煤矿瓦斯检测传感报警器。
该报警器系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。
系统通过气体检测模块来检测瓦斯浓度，并把检测到的浓度信号送到单片机处理，当检测到瓦斯浓度超过系统设置的上限值时，单片机就会控制相应的报警电路使之发出声光报警，并控制风扇转动排风来降低瓦斯气体浓度，同时提醒井下矿工的撤离，以此避免人员伤亡。
标签：瓦斯爆炸；浓度监测；传感器；STC12C5A60S21 概述随着我国经济飞速发展，对煤炭的需求量不断增加。
因此，仍然存在着许多煤矿企业。
由于煤矿企业发展不均衡，有的煤矿企业设备先进，有的煤矿企业设备较落后，导致矿难事故不断发生。
在矿难中，绝大部分都是由瓦斯爆炸而引起的，使得煤炭的开采面临着严峻的挑战。
降低瓦斯爆炸事故的发生，除了加强矿井通风管理外，还可以对煤矿瓦斯的浓度进行实时监测。
因此，设计出一种新型、易操作、经济、实用的智能瓦斯传感报警器对于降低矿难事故的发生率来说显得尤为必要。
2 系统硬件设计针对瓦斯监测，本文提出了以单片机STC12C5A60S2为核心的煤矿瓦斯传感报警器设计，通过对单片机进行软件编程来实现对瓦斯浓度的检测、报警、显示和控制[1-2]。
该报警器系统主要包括气体检测模块、报警模块、显示模块、控制处理模块。
系统通过气体检测模块来检测瓦斯浓度，并把检测到的浓度信号送到单片机处理，当检测到瓦斯浓度超过系统设置的上限值时，单片机就会控制相应的报警电路使之发出声光报警，并控制风扇转动排风来降低瓦斯气体浓度。
系统框图如图1所示。
整个报警系统采用5V的电源供电，该报警系统通过气体传感器MQ-2来实时检测瓦斯的浓度，并把检测到的瓦斯浓度信号送到STC12C5A60S2单片机进行处理。
一方面，单片机把处理过的浓度信号送到LDE数码管进行显示；另一方面，单片机通过键盘按键来设置瓦斯的浓度上限值，同时对传感器采集的瓦斯浓度信号进行判断，如果采集的瓦斯浓度信号高于系统所设置的浓度上限值，那么单片机就会控制蜂鸣器进行报警，并控制电机转动排风来达到降低甲烷浓度的目的。
基于单片机的瓦斯报警系统
目录一. 绪论 (1)二. 瓦斯报警器的发展及组成应用 (3)（一）瓦斯的组成 (4)（二）瓦斯报警器的工作原理 (5)（三）信号显示 (7)三.单片机的特点及应用 (8)（一）.单片机的特点 (8)（二）单片机的应用原理 (9)四. 瓦斯浓度的检测 (10)五.整机工作过程 (13)六.总结 (14)参考文献 (17)附录 (18)谢词 (23)一.绪论随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。
为避免人为因素造成爆炸事故的发生，开发研制出电话自动监控瓦斯和氧气报警器。
它能在瓦斯超限时或在矿井中缺少氧气并低于报警限时进行声光报警，并且自动拨通煤矿安全局主要负责人电话，告知井下瓦斯和氧气超限的实际情况，使安全局主要负责人对矿主、安检员、某些矿的负责人进行监管，督促他们认真贯彻煤矿安全规程，实现自动监管功能。
该设备还具有强迫显示报警参数和动态显示节能功能，并能方便地观测瓦斯和氧气的含量。
它是一种新型的煤矿安全监控设备。
由于安全灯的构造简单，性能稳定，使用寿命长，一百多年来一直被沿用下来，至今仍在许多国家使用。
从1675年英国北威尔士欣煤矿发生的第一次瓦斯爆炸矿难起，世界各国开始更进一步关注对瓦斯检测报警的相关安全研究，一直以来，光干涉瓦斯检定器在我国和日本使用比较广泛，自20世纪30年代以来，已经连续使用了数十年，至今仍在某些矿井的瓦斯检测中使用。
目前，在瓦斯检测仪总占主导地位的是催化瓦斯检测仪，据最早文献记载，1943年以前美国已制成VCC瓦斯测量仪，后日本在铂丝元件上加上涂有催化剂的载体小珠，制成最早的载体催化元件并利用这种原件制成了北辰型瓦斯指示器。
1958年法国Cherchar 研究所已研制成功利用AI2O3为载体，钯Pd、钍Th为催化剂的载体催化元件，获得了较好的催化性能。
基于单片机的矿井瓦斯检测报警系统设计研究
基于单片机的矿井瓦斯检测报警系统设计研究摘要:随着经济的迅猛发展,无论对于矿产资源还是人力资源我国的需求量都提升到了一个新的高度,在煤炭的生产量方面也拥有更加严苛的要求,但是由于煤炭企业近年来连发的安全事故,使得社会和国家不得不将更多的精力转移到了安全生产的方面,在引发事故的原因中,瓦斯的爆炸占到了很大的比重。
本文主要提出一种基于单片机的矿井瓦斯监测系统,通过对系统的简单介绍,希望能够有效的控制瓦斯事故的发生。
关键词:矿井瓦斯的监测预警单片机的控制煤炭企业中的矿难事故时有发生,造成矿难发生的原因当然会有很多种,但是这些因素中瓦斯的爆炸占有的比例非常大。
因而,本文对矿井之内的瓦斯监测和预警系统进行了一定的研究。
1 在该单片机的矿井瓦斯系统中主要解决的问题矿井的瓦斯的主要成分就是甲烷,但是还掺有其他几种易燃易爆的气体。
对甲烷来说,其爆炸的极限是3.5%～16%,也就是当空气与其的混合比例在3.5%～16%之间的时候,一旦遇到明火就能爆炸。
所以,为了避免这种情况的发生,需要对瓦斯的浓度加以监测和限制,适时的进行控制就显得非常重要。
在目前瓦斯的检测过程中,存在很多的遗留问题,例如:元件的寿命相对较短,一旦发生过期引起检测结果失效,很容易引发事故;还有传感器由于受到矿井环境的影响,会发生零点飘移的现象,使得传感器无法稳定的进行工作。
因而在这种单片机的系统下,主要对这些问题进行解决。
在这个系统中,由于对现代的单片机相关处理技术的有效运用,使得传感器的精度和稳定性得到了很大的提升。
另外由于PIC单片机软硬件的相互结合,不仅使得系统的监测性能得到了提升,同时也使得系统的生产成本降低了。
2 该单片机矿井瓦斯监测预警系统工作原理将催化元件、补偿元件和桥臂电阻构成惠斯顿电桥,加一恒定电压,由于热催化元件的骨架是铂丝材料,电流流过时加热,使温度为500℃左右当遇到瓦斯气体时,瓦斯气体接触催化元件表面时会发生氧化反应(也称作“无焰燃烧”),产生大量的热量,使催化元件温度升高,阻值增大,电桥输出不平衡电压,反映被测瓦斯的浓度。
基于单片机设计的瓦斯监测系统
关 键词 ： 瓦斯０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ —８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ９ ６
１ 瓦 斯 气 体 监 测 的 现状 和发 展 趋 势 现 国外瓦斯 的检测用可燃性气体 的检测代替 单一 Ｃ Ｈ ４ 气 体 的测 量 ， 毒气 的检测包括 Ｓ的测量 ； 而我 国对 瓦斯检 测主 要 以检 测 Ｃ Ｈ ４ 为主 ， 毒气 的检测 以 Ｃ Ｏ检测 为主 ； 单从我 国检
２ 煤 矿 瓦 斯 监 测 系统 ２ ． １ 工作 原理
２ ． ３ ． １ 气体传感器 的选择 要进行一个具体 的测 量 工作 ， 首先 要考 虑采 用何种 原理 的传感器 ， 而这需要分 析多方面的 因素之 后才能 确定 。因为 ， 即使是测量 同一物理量 ， 也有多种原理 的传 感器可供 选用 ， 哪 种原理 的传感 器更 为合适 ， 则需 要根据 被测 量的 特点和 传 感器 的使用条件考虑 以下一些具 体问题 ： 量程的大小 ； 被测 位 置对传感器体积 的要求 ； 测量方式为接触式 还是非接 触式 ； 信 号 的引 出方法 ， 有线 或是 非接触 测量 ； 传感 器 的来 源 ， 国产 还 是进 口， 还是 自行研制 ， 价格 能否 承受 。 在考 虑上述 问题之 后就能大致确定选用何 种类型 的传感 器， 然后再考虑传感器的具体性能指标 ， 此设 计选用半导体 型 传感 器型号为 Ｍ Ｐ一４ 。
技术与市场
加１ ３ 年第 ２ ０ 卷第 ６ 期
技术研 发
基 于 单 片机 设 计 的瓦 斯 监测 系统
闰庆华
（ 黑龙 江 交通职 业技 术 学院 ， 黑龙 江 齐 齐哈 尔 １ ６ １ ０ ０ ５ ）
基于单片机的瓦斯报警器设计
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46 万方数据
2008.12
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浓度(ppm) 100 500 0.7 800 1000 0.55 0.5 7.21 3.67 2000 3000 0.4 5.77 3.88 0.35 5.05 3.99 5000 10000 0.28 4.04 4.15 0.2 2.89 4.36
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基于单片机的瓦斯监控的硬件设计
基于单片机的瓦斯监控的硬件设计一、引言二、系统总体设计基于单片机的瓦斯监控系统主要由传感器模块、信号调理模块、单片机控制模块、显示模块、报警模块和电源模块等组成。
传感器模块用于检测瓦斯浓度，并将其转换为电信号。
常用的瓦斯传感器有催化燃烧式传感器和红外吸收式传感器等。
信号调理模块对传感器输出的电信号进行放大、滤波等处理，以提高信号的质量和稳定性。
单片机控制模块是整个系统的核心，负责对采集到的信号进行处理、分析和判断，并控制显示模块和报警模块的工作。
显示模块用于实时显示瓦斯浓度值，方便工作人员查看。
报警模块在瓦斯浓度超过安全阈值时发出声光报警信号，提醒工作人员采取相应的措施。
电源模块为整个系统提供稳定的电源供应。
三、传感器模块设计（一）传感器选型在选择瓦斯传感器时，需要考虑测量范围、精度、响应时间、稳定性和可靠性等因素。
催化燃烧式传感器具有成本低、测量范围广、响应速度快等优点，适用于一般煤矿井下的瓦斯检测。
红外吸收式传感器则具有精度高、稳定性好等优点，但成本相对较高，适用于对测量精度要求较高的场合。
（二）传感器接口电路传感器输出的电信号通常较弱，需要通过接口电路进行放大和调理。
接口电路一般包括放大器、滤波器和基准电压源等部分。
放大器用于将传感器输出的微弱信号放大到单片机能够处理的范围；滤波器用于去除信号中的噪声和干扰；基准电压源则为整个电路提供稳定的参考电压。
四、信号调理模块设计（一）放大电路为了提高传感器输出信号的幅度，需要设计放大电路。
放大电路可以采用运算放大器实现，如LM324等。
根据传感器输出信号的特点和单片机的输入要求，合理选择放大倍数，以确保信号能够被单片机准确采集。
（二）滤波电路由于煤矿井下环境复杂，传感器输出的信号中往往存在各种噪声和干扰。
为了提高信号的质量，需要设计滤波电路。
常见的滤波电路有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
在瓦斯监控系统中，通常采用低通滤波器来去除高频噪声和干扰。
基于单片机的瓦斯报警的开题报告
本科毕业设计（论文）开题报告
题目名称
基于单片机的瓦斯报警器的设计
学生姓名
专业班级
电信08-2
学号
一、选题的目的和意义：
目的：通过毕业设计进一步巩固和总结大学期间所学的知识，培养综合运用所学的基本理论和方法解决实际问题的能力，提高实际操作的技能以及分析问题的思维能力，并能够掌握分析和研究问题的基本方法。所选题目内容涉及单片机的实际应用，传感器的使用以及基本电路知识,难度合适，能够满足毕业设计的要求。
二、国内外研究综述：
世界各国均有煤矿瓦斯气体监测的系统，如波兰的DAN6400、法国的TF200、德国的MINOS和英国的Senturion-200等，其中全矿井综合监测控制系统有代表性的产品有美国公司生产的MSN系统，德国BEBRO公司的PROMOS系统。但是这两种系统只是基于井下监测，并无数据上传，不能实现智能化监控。
[4]张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2004
[5]张毅刚.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
[6]徐君毅等。单片机微型计算机原理及应用。上海:上海科学技术出版社，1988
[7]涂时亮.单片机软件技术设计.重庆:科学文献出版社，1987
[8]陈粤初等.单片机应用系统设计与实践.北京：北京航空航天大学出版社，1991
国外的监控系统技术虽然高于国内发展水平，但应用于国内煤矿尚有一定的局限性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高等。因此，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定的参考价值。
我国监测监控技术应用较晚，8年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监测系统，装备了部分煤矿在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后由重庆煤科院、辽宁抚顺煤科院等国内知名煤矿科学研究所研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、KJ95、KJ101等煤矿有害气体监测系统，在我国煤矿己有大量使用，但其中很大一部分仪表的传输数据是模拟方式，将气体浓度转化为脉冲量，易受矿井下强电磁设备干扰，造成监测结果不准确，易出现误报警等现象。
基于单片机的瓦斯报警器设计概要
基于单片机的瓦斯报警器设计引言当前，随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。
瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存与煤层之中的气体，是煤矿井下危害最大的气体。
瓦斯是一种无色无味的气体，主要成份是甲烷（CH4），密度为0.716kg/m3，对人体的危害是超时限能引起引言当前，随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。
瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存与煤层之中的气体，是煤矿井下危害最大的气体。
瓦斯是一种无色无味的气体，主要成份是甲烷（CH4），密度为0.716kg/ m3，对人体的危害是超时限能引起人窒息死亡。
在地下采矿时候，井内常常会泄露一定量的CH4、CO和SO2等气体，后一种含量少，切易溶于水。
经煤矿开采时的喷水处理后变成酸。
但前两种气体含量多，且几乎不容于水，属于易燃易爆气体。
由于瓦斯气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对瓦斯气体的检测和报警是一项必要的工作。
瓦斯报警是指利用气体传感器技术，将检测到的瓦斯气体浓度和标准值进行比较，当高过一定浓度值时候进行相应的声光报警，提醒正在作业的人员进行相应的处理，组织人员撤离或对矿井通风排气，避免不安全事故的发生，对现在采矿业的安全起着非常重要的作用。
笔者所设计一种低成本的可燃性气体报警器设计，能够监控矿井的瓦斯气体的浓度，显示测量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息。
系统功能设计系统设计本设计的瓦斯气体报警器由六个部分组成：传感器、LCD显示器、声光报警器、控制电路、A/D转换和电源模块，传感器部分采用的气体传感器能感知环境中某种气体并将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号。
单片机的井下瓦斯实时监测报警系统
万方数据万方数据第２期卜宪敏，等：基于单片机的井下瓦斯实时监测报警系统７７ＬＴＣｌ８６５，它是差分输入、单电源供电、双通道２５０ｋｓｐｓ的串行模数转换器，内有取样保持电路，封装形式为ｌＯ脚ＭＳＯＰ封装．当工作在２５０ｋｓｐｓ采样速率时，其消耗电流仅为８５０ｐ．Ａ，并在转换间歇自动关断，避免电力消耗．与ＳＤＩ兼容的串行接口能简化设计工作，适用于ＡＤＣ转换与处理器需要隔离或相距较远的应用中，可减小信号远距离传输的附加干扰和隔离电路产生的误差，从而保证了ＡＤＣ的精度，节省采用光隔的模数转换的成本．与并行模式相比，串行模式进行Ａ／Ｄ转换具有精度高、功耗低、占用口线少的优点．ＬＴＣｌ８６５时序，如图４所示．图４时序图３．４显示电路电信号经调理之后输出给单片机的Ａ／Ｄ转换端口，经过计算和处理之后变成百分浓度值在四位数码管上显示出来．用Ｐ２．０、Ｐ２．１、Ｐ２．２、Ｐ２．３来控制位选，采用动态扫描方式来实现功能．四位数码管与单片机外围接口电路接口电路比较简单，这里不再画出．３．５报警及断电控制电路报警设定值与断电设定值在调校时通过软件写入ＣＰＵ的ＥＥＰＲＯＭ存储器中，然后通过软件把采集的浓度值与之比较，超过报警设定值时则通过蜂鸣器和发光二极管声光报警¨１；若采集浓度值超过断电设定值，则向分站传送断电信号，由断电控制器切断井下电源，避免爆炸事故发生．图５控制电路声、光报警电路由低电平蜂呜器和发光二极管构成，均为低电平有效，分别由单片机的Ｐ３．６，Ｐ３．７１２１来控制．断电控制主要有Ｐ３．２端１３来控制，电路上外接一断电控制器来实现，当Ｐ３．２为低电平时，断电器触点闭合，断电有效；当为高电平时，断电器触点打开，断电控制关闭．Ｄ。
、Ｄ：起保护作用．３．６红外遥控电路本传感器采用红外遥控调校方式，红外接收器接到遥控器发出的编码信号后，由单片机进行解码，在对该编码信号识别后，根据事先的约定发出控制信号，从而执行相应操作．通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编／解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图６所示．发射部分包括按键电路、编码调制、ＬＥＤ红外发送器；接收部分包括光电转换放大器、解调、解码电路．红外遥控系统如图６所示：图６红外遥控系统框图３．６．１红外信号发射电路的编码设计中采用ＳＣ６１２２编码方式．ＳＣ６１２２是一块用于红外遥控系统中的专用发射集成电路，采用ＣＭＯＳ工艺制造一Ｊ．它可外接６４个按键，其中有３组双重按键．ＳＣ６１２２所发射的一帧码含有一个引导码，１６位的用户编码和８位的键数据码．键数据码的反码也同时被传送．引导码由一个９ｍｓ的载波波形和４．５ｍｓ的关断时间构成，它作为随后发射码的引导．这样，当接收系统是由微处理器构成的时候，能更有效地处理码的接收也检测及其它各项控制之间的时序关系．编码采用脉冲位置调制方式（ＰＰＭ）．利用脉冲之间的时间间隔来区分“０”和“ｌ”．采用脉宽调制的串行码，以脉宽０．５６５ｍｓ、间隔０．５６ｍｓ、周期为１．１２５ｍｓ的组合表示二进制的“０”；以脉宽为０．５６５ｍｓ、间隔１．６８５ｍｓ、周期为２．２５ｍｓ的组合表示二进制的“Ｉ”．每次８位的码被传送的同时，它们的反码也被传送，以大大减少系统的误码率¨０｜．３．６．２红外信号接收电路设计中所采用的红外接收管为ＨＳ００３８Ｂ【ｌ¨，其特点是：体积小，抗光和电的干扰性强，输出信号没有突变以及上电初始化时间短等．另外它内部已经集成了光电转换，放大装置和解调电路．但是为了本身电路取得更好的信号接收效果，它专门有一个接收电路与之配合使用．３．６．３硬件结构及功能键盘共设置了４个按键，分别为ＳＷ。
凌阳16位单片机在煤矿瓦斯浓度自动监测系统中的应用
凌阳16位单片机在煤矿瓦斯浓度自动监测系统中的应用单强（中国神华神东煤炭分公司，陕西，神木，719300）摘要:介绍凌阳SPCE061在数据采集中的应用及其井下瓦斯的自动检测、预测及监控系统的设计。
关键词:SPCE061单片机；瓦斯浓度检测；数据采集The application of Sunplus 16-bit MCU to the Mine gas Auto-detectionSystemShan Qiang(Shendong company of Chinese Shenhua Group,Shaanxi-Shenmu,719300,China)Abstract:The paper introduced the application of Sunplus SPCE061 MCU to data-acquisition and design of mine gas Auto-detection ,Prediction and monitoring system.Key words:SPCE061;monolithic processor;gas detection; data acquisition1 问题的提出我国煤矿百万吨煤死亡率是美国的60倍,是印度的5倍[1]。
近几年来,煤矿重大、特大事故频繁发生,其中,瓦斯爆炸事故占了一大部分,给国家和人民的生命财产造成了重大损失。
加强企业管理预防事故发生,是煤矿企业管理的重要课题。
要从根本上增强在高危险环境下作业的安全性,必须依靠先进的科技检测手段和先进的技术预防措施。
目前,国内外用于检测瓦斯的装置分为固定式和便携式检测仪表,这些仪器的缺点是不能实现在线实时检测、预测和监控。
我们设计的井下瓦斯自动检测、预测和监控系统解决了这些问题。
本设计系统框图如图1所示。
其中,前三个框部分放置在井下作业面或排风口,后三个框图1 井下瓦斯检测、预测、报警和监控系统框图部分放置在井上,井下与井上通过光缆连接成一个完整的系统。
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音脉冲信号。
每当D触发器74L S74的CP端接收到一个脉冲信号,将使其输出端Q改变一次状态,从而完成1位D/A转换。
信号通过MPSA13放大后,驱动扬声器工作。
图9 语音报警电路3 结语单相电子式预付费电度表已经研制成功,并在本校投入使用。
运行情况表明该电表具有工作可靠、抗干扰能力强、成本低等优点。
尤其是采取多种防窃电措施,安全性很好,有较好的应用前景。
参考文献:[1] 杨帮文.实用电源电路集锦[M].北京:电子工业出版社,1997.[2] 刘贵斌.智能仪表掉电保存数据方法的研究[J].大连水产学院学报,1996,(3).[3] 窦振中.PIC系列单片机原理和程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001. 第5期 2004年10月工矿自动化 Industry and Mine Automation No.5 Oct.2004 技术交流文章编号:1671-251X(2004)05-0037-03基于凌阳单片机的瓦斯数据采集报警系统李战胜, 郝国法, 方康玲, 付 旭(武汉科技大学信息学院,湖北武汉 430081) 摘要:利用凌阳单片机(SPCE061A)语音处理的功能,设计出具有语音编辑播报功能的瓦斯数据采集报警系统。
实验结果表明,该系统实现简单、操作灵活、运行可靠。
关键词:瓦斯浓度;凌阳单片机;数据采集;报警;语音编辑 中图分类号:T D672 文献标识码:BData Collection and Alarm System of Gas Based on Sunplus Single2chip MicrocomputerL I Zhan2sheng, HAO Guo2fa, FAN G Kang2ling, FU Xu(College of Information of Wuhan University of Science&Technology,Wuhan430081,China) Abstract:In this paper a data collection and alarm system of gas which used sunplus single2chip microcom2 puter was introduced.This system has funciotn of speech editing and playing.The experimental results showed that the system has the performance of simple,flexible operation and reliable running.K ey w ords:concentration of gas,sunplus single2chip microcomputer,data collection,alarm,speech editing0 引言瓦斯是煤矿生产中的有害气体,它严重威胁着矿工生命和国家财产的安全。
为了防止瓦斯爆炸事故的发生,人们使用了多种监测方法和监测仪器。
目前我国矿井瓦斯检测的主要手段是采用光学干涉收稿日期:2004-05-27作者简介:李战胜(1978-),男,武汉科技大学信息学院2001级研究生,研究方向为计算机应用技术。
瓦斯计。
这种方法虽然准确、安全,但必须借助于人工的方法,且不能连续监视井下瓦斯浓度的变化。
本文所设计的一种基于凌阳单片机的瓦斯数据采集系统就能很好地解决这个问题。
1 系统硬件组成1.1 系统框图整个瓦斯数据采集报警系统的硬件系统组成框图如图1所示。
图1 硬件结构框图 整个系统的信号流程:首先通过瓦斯传感器采集现场的瓦斯数据;然后经过运算放大电路把采集到的瓦斯数据进行适当的处理,转换成凌阳单片机所需要的0～3.3V电压信号;凌阳单片机通过自身集成的8路A/D转换器将采集到的瓦斯数据进行A/D转换后再处理:利用L ED显示当前现场的瓦斯浓度,利用凌阳单片机强大的语音编辑功能定时播报当前的瓦斯浓度,同时设置越限(当前瓦斯浓度超过一定限度时)报警,还可以通过串口通信电路(用MAX232实现)与上位机进行通信,上位机以曲线的形式显示当前一定时间内的瓦斯浓度(实时曲线)和过去某一段时间内的瓦斯浓度(历史曲线)。
本系统采用的是较常用的G J4型催化燃烧式低浓度甲烷传感器。
1.2 凌阳单片机,采用台湾凌阳科技股份有限公司推出的SPCE061A单片机。
SPCE061A是以μ′nSP TM16位微控制器及信号处理芯片为内核的16位单片机,其内部采用总线结构,把各功能部件模块化地集成在一个芯片上,提高了集成度,增强了芯片的可靠性和抗干扰能力,而且易于扩展。
SPCE061A内部结构及性能指标如下: 16位μ′nSP TM微控制器;电源电压范围:2.6～5.5V;系统时钟频率范围:0.375～24.576MHz,32768Hz的实时时钟;16位数据总线提高了工作速率;内置2K的Flash ROM和32K的静态RAM;RS-232通用异步全双工串行接口;8路A/D和2路D/A,红外线通信接口;内置式带自动增益控制的扩音机输入通道;14个来自定时器、外部时钟输入、键唤醒等的中断源;低电压复位/低电压监测系统。
系统主程序流程如图2所示。
2 实验效果本系统通过上位机显示最终结果。
上位机是用图2 主程序流程图VB设计的曲线显示画面,主要显示的有实时曲线、历史曲线、预警曲线和数据表格。
其中实时曲线显示的是当前15min内的瓦期浓度曲线,该曲线用来监测当前现场的瓦斯浓度。
历史曲线显示的是任何1h内(前提是该时间段内必须有数据)的瓦斯浓度变化曲线,该曲线可以用来查询和分析过去某段时间内的瓦斯浓度变化情况。
预警曲线是根据前后2个瓦斯浓度的变化量来进行判断是否报警的一条预警曲线,当变化量超过一定时进行报警,该曲线能够很好地预防瓦斯爆炸。
而数据表格显示的是所有采集到的瓦斯数据,该表格可以用来查询任一个时间内的瓦斯浓度。
通过实验表明该系统运行良好。
图3显示的是一条采集到的实时瓦斯浓度曲线。
图3 瓦斯浓度实时曲线3 结语该系统充分利用了凌阳16位单片机SPCE061A芯片的特色功能。
SPCE061A内置语音处理功能,该系统利用此功能完成了以往的瓦斯监测仪所不能实现的语音编辑报警功能。
而且SPCE061A内部具有8路A/D转换和大容量的ROM和RAM,不需外部扩展电路,硬件电路结构・83・ 工矿自动化2004年10月简单,维护方便。
在本设计中,充分考虑到现场的各种干扰信号,进行抗干扰设计,运行中,未见任何异常。
参考文献:[1] 薛钧义,张彦斌,吴鹤松,等.凌阳16位单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003. [2] 章壮新,吴桂义.煤与瓦斯突出预测模糊专家系统[J].贵州工业大学学报,2001,30(3).[3] 程建军,程绍仁.浅析瓦斯爆炸与气候变化[J].煤炭科学技术,2002,(3).[4] 黄淼云,张学忠,王福成.Visual Basic ProgrammingMaster[M].北京:希望电子出版社,2001. 第5期 2004年10月工矿自动化 Industry and Mine Automation No.5 Oct.2004 文章编号:1671-251X(2004)05-0039-03Linux在煤矿地面分布式设备监控系统中的应用潘 瑜1, 薛提洪2(1.江苏技术师范学院计算机科学与技术系,江苏常州 213001;2.肥城矿业集团白庄矿,山东肥城 271613) 摘要:介绍了利用Linux系统实现煤矿分布式设备监控系统的方法,讨论了基于网络的分布式实时系统方案,给出了系统C程序核心模块的框图,对数字矿山建设具有现实意义。
关键词:煤矿;监控系统;分布式系统;监测设备;计算机网络;Linux系统 中图分类号:T D672 文献标识码:B0 引言随着数字信息化矿山建设工作的深入,我国煤矿生产企业的信息化进程也在日益加快。
数字信息化矿山基本框架主要由核心系统、数据采集系统、决策支持系统、调度监控系统、管理信息系统以及应用系统等多部分组成。
作为矿山数字信息的核心部门———煤矿生产企业地面调度中心、计算机网络中心和信息中心机房等场所,对设备运行环境的稳定性和安全性都有严格的要求,必须安装备用电源(如U PS、自备柴油发电机组和必要的配电设备等)、空调设备、消防设备、电子安保设备以及温度湿度检测设备等环境监测设备并对系统运行环境进行监测和控制,对确保数字信息化矿山建设工作的发展至关重要。
经过长期研究和实践,笔者认为应该充分利用煤矿企业已经建成的计算机网络平台,对上述环境监测设备实行远程分布式监控。
基于网络的远程分布式环境监测设备监控系统结构如图1所示,图中现场监控服务器的作用主要收稿日期:2004-06-29作者简介:潘 瑜(1963-),男,1985年毕业于中国矿业大学自动化工程系计算机及应用专业,硕士,副教授,江苏技术师范学院计算机科学与技术系副主任,现主要从事计算机应用技术的研究工作。
有两个:(1)承担监控主机的作用,实时采集受控环境监测设备的信息,转发控制指令,对现场数据进行存储和处理;(2)作为Client/Server模式中的服务器,接受来自控制室的监控工作站和报警工作站的服务请求。
图1 监控系统结构图1 Linux操作系统特点Linux是开放源代码的、真正32位的多用户、多任务网络操作系统,与Windows2000网络操作系统相比,它具有如下优点:(1)Linux是完全免费的自由软件,可以大大降低系统开发成本。
(2)Linux的运行稳定、可靠,可以支持现场监控服务器,每周7×24h不间断工作。
(3)Linux是开放源代码的操作系统,系统设计人员可以在源代码级,根据工作的实际需要对操作系统进行裁剪,然后编译出高效紧凑的操作系统,甚至象键盘、鼠标器和显示器这些常用外设也可以省。