单片机矿井安全监测系统_景旭
基于单片机的矿井安全监测系统设计 开题报告
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基于STM32单片机的煤矿环境监测及预警系统设计
基于STM32单片机的煤矿环境监测及预警系统设计一、引言随着煤矿行业的发展，对煤矿环境的监测与预警需求不断增加。
本文基于STM32单片机，设计了一种煤矿环境监测及预警系统，旨在提高煤矿的安全性和生产效率。
二、系统架构本系统由传感器模块、STM32单片机、数据处理模块和预警模块组成。
传感器模块负责采集环境参数数据，如气体浓度、温度、湿度等；STM32单片机对采集到的数据进行处理和存储；数据处理模块负责对数据进行分析和处理；预警模块负责判断环境异常情况并触发相应的预警措施。
三、传感器模块设计1. 气体传感器：采用可靠的气体传感器，能够精确测量气体浓度，并能实时传输数据给STM32单片机。
2. 温湿度传感器：测量煤矿中的温度和湿度，保证环境参数的准确获取。
四、STM32单片机设计1. 数据采集：STM32单片机通过串口通信与传感器模块进行数据交互，实时采集传感器数据，并将数据以合适的格式进行存储。
2. 数据处理：利用STM32单片机强大的计算能力，对采集到的数据进行处理和分析。
通过设定的算法，判断环境参数是否超过安全阈值。
3. 数据存储：将处理后的数据存储在内部存储器或外部存储器中，以便进行后续的分析和查询。
五、数据处理模块设计1. 数据分析：对采集到的数据进行实时分析，如气体浓度是否超过安全范围、温湿度是否适宜等。
2. 数据显示：将处理后的数据以直观的方式展示给用户，可以通过液晶显示屏或其他合适的方式进行显示。
六、预警模块设计1. 预警策略：根据煤矿环境监测的特点，设置相应的预警策略，如当气体浓度超过安全范围时，触发声光报警器，通知工作人员采取相应的防护措施。
2. 报警记录：记录预警时刻、预警类型以及触发报警的具体传感器数据，以供后续分析和处理。
七、系统测试与性能评估通过对设计的煤矿环境监测及预警系统进行实际测试，评估其性能和可靠性。
1. 精度测试：对传感器模块进行精度测试，评估其测量精确度。
2. 稳定性测试：长时间运行系统，观察系统的稳定性和运行状态。
基于单片机的矿井摩擦提升机安全监控系统设计
图书分类号：密级：毕业设计(论文)基于单片机的矿井摩擦提升机安全监控系统设计DESIGN OF SAFETY MONITORING SYSTEM OF MINE HOIST FRICTION BASED ON MCU学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。
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可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要我国的盘式提升机监控系统大都很古老，存在很大的安全隐患。
笔者对矿井摩擦提升机系统的工作原理进行了一定的解剖，设计了一套新的基于AT89S52单片机的提升机系统控制方案，并且在本文中给出了监控系统的硬件选型和监控系统内部各个部分的硬件控制电路，在电路图的基础之上编写了系统的软件程序。
本系统实现了对矿井提升机的提升速度、液压站油压和闸瓦间隙的实时监控，并且能在提升机出现异常时发出报警，在闸瓦间隙超出安全范围时能够通过驱动电机，自动调整间隙的大小。
这套监控系统稳定可靠，能够适应井下复杂的工作环境。
关键词矿井提升机；监控系统；单片机；自动控制AbstractThe monitoring system of disc hoist is very old, and there are a lot of safety hazards.. The author of the mine friction lifting machine system working principle of the certain anatomical design a new lifting machine based on AT89S52 SCM system control scheme and monitor and control system in this paper gives the hardware selection and monitoring system of the internal parts of the hardware control circuit, program of the system was developed on the basis of circuit diagram. This system realizes the mine lifting machine to enhance the speed, hydraulic and hydraulic brake clearance of real-time monitoring station, and hoists appears abnormal alarm and the brake clearance beyond the safe range can is driven by the motor, automatically adjust the gap size. The monitoring system is stable and reliable, and can adapt to the complicated working environment of underground mine..Keywords Mine hoist Monitoring system SCM Auto-Control全套图纸外文文献扣扣1411494633目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (I)1 绪论 (1)1.1 论文选题的背景和意义 (1)1.2 本课题国内外发展现状及趋势 (1)1.3 论文的研究内容 (2)1.4 本章小结 (2)2 提升机监控系统 (3)2.1 矿井提升机 (3)2.2监控系统的监控参数 (3)2.3闸间隙控制方案设计 (4)2.4 本章小结 (5)3系统硬件的电路设计 (6)3.1硬件系统组成总体设计 (6)3.2硬件选型 (6)3.2.1单片机的选用 (6)3.2.2 LED数码管显示控制芯片 (8)3.2.3 电机驱动芯片 (9)3.2.4位移传感器 (10)3.2.5 速度传感器 (10)3.2.6 压力传感器 (11)3.3 系统电路设计 (12)3.3.1 控制系统电路 (12)3.3.2电机驱动电路 (13)3.3.3显示电路 (14)3.3.4位移传感器电路 (15)3.3.5报警电路 (16)3.3.6 通信电路 (17)3.3.7 速度传感器电路图 (17)3.3.8 系统总电路图 (18)3.4 本章小结 (18)4 软件系统设计 (19)4.1系统软件设计原则 (19)4.2 软件系统设计总体框架及流程图 (19)4.3 单片机的资源分配 (20)4.4 AD转换子程序的设计 (21)4.5 显示子程序的设计 (21)4.6 电机控制子程序的设计 (24)4.7 报警程序的设计 (25)4.8 系统抗干扰的设计 (26)4.8.1 硬件可靠性的设计 (26)4.8.2 软件的可靠性设计 (27)4.9 本章小结 (28)5 系统壳体设计 (29)5.1 绘图软件简介 (29)5.2 三维实体建模 (29)5.3 本章小结 (31)总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)附录1 (35)附录2 (36)1 绪论1.1 论文选题的背景和意义矿井提升机的任务是提升或下放矿物和材料、升降工作人员和设备，它是煤矿生产的关键设备之一，是运输井上和井下货物及人员的枢纽，常被人称为矿井的咽喉部位，提升机的安全对矿井的生成运输和井下人员的安全都是至关重要的。
基于单片机的煤矿井下安全监测系统设计
收稿日期:2009-04-17作者简介:赵晓妍(1979)),女,黑龙江哈尔滨人,助教,2004年毕业于黑龙江科技学院,现从事电气控制方向的教学与研究工作。
基于单片机的煤矿井下安全监测系统设计赵晓妍,苗 宇(黑龙江科技学院电气与信息工程学院,黑龙江哈尔滨 150027)摘要:介绍了一种基于M SP 430F 149单片机作为核心控制器件的井下安全监测系统,该系统主要由井下智能终端和井上的上位机监控中心组成。
该系统可以完成井下电力参数和环境参数的实时监测和显示,出现故障或者危险时能及时报警。
上位机与智能终端采用串行通信实现矿井与监控中心的数据传送。
该系统实现简单,通信成本低,抗干扰能力强,可靠性高,有较高的推广应用价值。
关键词:M SP430F149单片机;智能终端;上位机;监测系统中图分类号:TD 76 文献标识码:A 文章编号:1003-0506(2009)06-0019-02Design on UndergroundM ine Security M onitori n g Syste m Based on S C MZHAO X iao -yan ,M I A O Yu(E lectrical and Infor m ation E ngineer i ng C olle ge ,H eilongjiang Institute of Science and T ec hno logy,H aerb i n 150027,China)Abstrac t :T he paper i ntroduced a kind o f secur ity mon itoring syste m based onM SP430F149for underg roundm i ne ,wh ich w as co m prises o f unde rground m i ne i nte lli gent term i na l and co m puter contro lli ng center on the g round .T hism onito ri ng syste m can m onito r and d isplay the underground e lectr i c pow er para m ete rs and env iron m ent para m eters i n rea l ti m e .Besi des this ,the syste m can g ive an a lar m when fa il ure and dange r appear .T he intelligen t ter m i na l send the data to the i ndustr i a l PC by ser i a l co mm un i ca tion .The sy stem has t he pe r -for m ance o f si m ple i m p l ementation ,low cost ,h i gh ant-i ja mm i ng ,and h i gh reli ability .A ll this have a certa i n popu l ar izati on va l ue .K eywords :M SP430F149SC M;i nte lli gent te r m ina ;l host computer ;mon itoring system井下电网安全监测系统能够实时采集井下的电力参数(如电压、电流、零序电压、零序电流)和温度、瓦斯浓度、风速等环境参数,并进行分析处理、动态显示、数据存储,做到在出现故障危险之前及时报警,保证安全生产。
基于单片机的煤矿井下环境监测系统设计
基于单片机的煤矿井下环境监测系统设计闵涛【摘要】本文设计一种基于MSP430单片机的井下环境监测系统.该系统由井下监控终端和监控上位机组成,可对井下各项环境参数进行监测报警.同时,上位机和下位机之间采用nRF905进行无线传输通信,并使用工程组态软件(MCGS)作为该系统的监控层软件,具有良好的人机交互性.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)013【总页数】2页(P61-62)【关键词】MSP430单片机;井下环境监测;无线传输通信;MCGS【作者】闵涛【作者单位】枣庄矿业(集团)有限责任公司新安煤矿【正文语种】中文由于井下环境的特殊复杂，各级部门一直将安全生产作为重点，而将电子通信设施应用到矿井环境监测中是一种有效手段［1］。
目前多数的电子通讯设备采用有线方式进行信号传输，这种方式布线繁琐，安装和维护成本较高，而且可靠性得不到保障。
本文设计了一种基于MSP430单片机的井下环境监测系统，克服了传统的监测系统的诸多缺点，下位机采集矿井环境的多个参数后，通过nRF905无线模块发送到接收端，接收端一方面通过上位机软件分析数据，一方面通过液晶和语音模块等构成的交互系统可以直观的反馈当前矿井的情况，极大地方便了矿井员工的实际体验。
此系统具有监测功能强大、交互性能好等优点，满足现代矿井的要求［2］。
整个系统由两大部分组成。
顶层系统由上位机、MSP430单片机、无线模块、液晶显示和SYN6288语音模块构成，其示意图见图1。
底层由DHT11温湿度传感器、MQ-2气体传感器、MG811二氧化碳传感器模块、MSP430单片机、无线模块组成。
2.1 主控制器的选择考虑到发送部分数据处理的简洁、接收端实时显示的数据处理速度及成本以及驱动传感器需要I2C、UART接口等因素，决定使用MSP430F169作为主控芯片。
该单片机具有强大的处理能力、高性能的模拟技术与丰富的片上外围系统。
该单片机具有60 KB的Flash存储器，2 KB的RAM，12位ADC，串行通信USART0（UART 和SPI、I2C）和USART1（UART和SPI）接口、硬件乘法器和3通道DMA，完全符合系统的各项要求［3］。
基于单片机的矿井安全监测系统设计
204基于单片机的矿井安全监测系统设计黄耀雄（西北民族大学，甘肃兰州730124）摘要：为了保障煤矿安全生产，减少煤矿瓦斯爆炸事故的发生，文章设计了一款基于AT89C51单片机的矿井安全监测系统。
本系统通过传感器对当前矿井内的甲烷浓度、烟雾浓度、温度、湿度等环境中的数据进行采集，将采集到的数据经过单片机处理后，传送到LCD1604显示屏上进行显示。
当通过按键模块给单片机下达数据传输指令时，可以将当前采集到的甲烷浓度、烟雾浓度、温度、湿度通过单片机串行口传输给上位机；当监测到当前采集到的数据大于设定的上限时，会触发声光警报，以实现对矿井的安全监测。
关键词：单片机；安全监测；煤矿；传感器中图分类号：TP311文献标识码：B 文章编号：2096-9759（2023）07-0204-030引言随着经济的发展，我国煤炭产量也在逐年增加，2022年全国煤炭总产量约44.5亿吨，同比增长8%，全年实现增产煤炭3.2亿吨[1]。
煤矿开采作为高危行业，在其开采过程中会产生大量的甲烷和一氧化碳等易燃易爆气体。
据《煤矿安全规程》规定，在采掘工作面及其他巷道内，体积大于0.5m 3的空间内积聚的甲烷浓度达到2.0%时，附近20m 内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。
当采掘工作面温度超过26℃，机电室温超过30℃，应立即停止工作、撤离人员[2]。
为了防止瓦斯浓度超过安全标准，减少煤矿瓦斯事故的发生，因此现代化煤矿需要一套安全的监测系统。
1系统总体设计该安全监测系统使用了以AT89C51为内核的主控芯片，由瓦斯传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、A/D 转换模块、声光警报等部分组成一套完整的矿井安全监测系统，其系统总体思路框图如图1所示：图1系统总体思路框图2系统硬件电路设计2.1单片机最小系统用最少的元件组成的可供单片机工作的系统称为单片机最小系统。
本文设计的系统由晶振电路、复位电路和51单片机三者构成单片机的最小系统，其电路图如图2所示。
基于单片机的煤矿井下监控终端的设计
基于单片机的煤矿井下监控终端的设计作者：王飞汤啸来源：《电脑知识与技术》2018年第02期摘要：煤矿井下监控终端是煤矿监测监控系统的重要组成部分。
文章根据煤矿井下安全生产的需求，设计了以AT89C52单片机为核心，以RS-485总线为通信方式的监控终端装置。
首先搭建了整个系统构架，其次进行了硬件电路设计。
最后通过Proteus仿真软件对设计电路进行实验仿真，仿真结果表明文中设计的监控终端具有一定的可行性和实际应用价值。
关键词：单片机；煤矿；监控终端； Proteus仿真中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）02-0235-03Design of Coal Mine Monitoring Terminal Based on Single-Chip MicrocomputerWANG Fei1，TANG Xiao2（1. School of Electrical Engineering & Automation， Jiangsu Normal University， Xuzhou 221116， China； 2. Nanjing CEC Panda FPD Technology Co.，Ltd， Nanjing 210046， China）Abstract： The monitoring terminal is an important part of coal mine monitoring and control system. According to the actual production safety requirements of coal mines， the paper proposed and designed a monitoring terminal Based on the AT89C52 single-chip micro-computer and RS-485 bus. Firstly， the whole system architecture of monitoring terminal is built. Secondly， the system circuit is designed in details. Finally， the designed circuit is simulated by Proteus simulation software. The simulation results show that the design scheme of monitoring terminal is feasible and practical.Key word： single chip micro-computer； coal mine； monitoring terminal； Proteus1 概述我国是煤炭大国，煤炭的产量和消耗量都是居于世界前列。
煤矿安全监测系统及其单片机结构认识
• 在发展甲烷遥测系统的同时，为了保证轨道运输、提升运输、胶
带运输等运翱统的安全、提高生产率和设备利用率，推广应用了模拟 盘调度系统。例如，用于轨道运输监控的信、集、闭系统，用于提升 运输监控的信号系统和用于胶带运输监控的信号系统等。这些系统均 采用集中监控，每路信号使用一对电缆芯线接至总控制台、总控盘使 用指示灯显示设备状态，为形象直观、常常将设备图形等制成背景， 在被监控的蕾处设置指示灯，如图1-2所示。
•4、现场总线与组态软件技术 • 现场总线(Field Bus)是连接智能现场设备和自动化系统的多节点 、数字式、双向传输的通信网络；是计算机技术、通信技术、控制技术 飞速发展并在工业监控领域有机结合的产物。现场总线采用开放式互连 网络，公开所有技术和标准，提高了设备的互换性。现场总线监控系统 中的传感器及执行机构等具有检测、变换、补偿、运算和控制等多种功 能，控制权力进一步下放，既提高系统可靠性和实时性，又降低了系统 成本。现场总线控制系统的传感器和执行机构均采用多路复用双向数字 传输，大大节省了传输电缆、降低了设备成本、提高了系统可靠性、便 于用户使用与维护。
• 现有传感器输出信号为模拟信号(频率型、电流型和电压型)和开 关量信号，采用模拟信号和开关量信号，很难实现传感器及执行机构的 电缆多路复用。
•（三）矿山综合监控系统 • 矿山综合监控系统是一种可用于全面综合监控，又可实现某些或某 个方面监控的多参数、多功能系统。全矿井综合监控系统由智能传感器、 智能监控站、调度管理网络等组成。如图1-5所示。
•2、智能监控站
• 智能监控站是全矿井综合监控系统智能现场设备，其功能类似于
现有系统分站，有信号采集、控制、与主站(或上级智能控制站)双 向数据传输等功能
•3、调度管理网络
矿井安全生产监测监控系统
系统误报：定期校准系统，确保报警准确。
系统管理
系统安全管理
权限管理：设置不同级别的权限，确保系统安全
密码管理：设置强密码，定期更换密码，防止密码泄露
安全审计：定期进行安全审计，检查系统漏洞和隐患
备份与恢复：定期进行数据备份，确保数据安全
01
02
03
04
系统数据管理
数据采集：实时采集矿井生产过程中的各种数据
03
报警系统：用于在出现异常情况时发出报警信号，提醒相关人员进行处理
05
数据采集器：用于将传感器采集到的数据进行预处理和存储
02
系统应用范围
煤矿：用于监测井下环境、设备状态、人员位置等信息
01
非煤矿山：用于监测地下矿山环境、设备状态、人员位置等信息
02
石油天然气：用于监测油气田环境、设备状态、人员位置等信息
03
地下工程：用于监测隧道、地铁、地下停车场等环境、设备状态、人员位置等信息
04
系统使用
系统操作流程
登录系统：输入用户名和密码，进入系统主界面
1
选择监控区域：在主界面中选择需要监控的矿井区域
2
设置监控参数：根据需求设置监控参数，如温度、湿度、气体浓度等
3
查看监控数据：实时查看监控区域内的各项数据，如温度、湿度、气体浓度等
03
定期检查系统日志，及时发现和解决问题
04
定期进行系统培训，提高员工操作技能和维护能力
05
建立系统维护制度，明确维护责任和流程
06
系统常见问题及解决方案
传感器故障：定期检查和更换传感器，确保其正常工作。
数据传输中断：检查网络连接，确保数据传输稳定。
基于PLC和智能传感模块的矿井安全参数监测系统
企业信息化企业信息化企业信息化企业信息化本栏目编辑 李文民经 验98次 (共计 20 个油缸)，损失近 200 余万元。
油缸的修复要投入大量的设备和人力，也影响产量和设备出动率。
1 举升油缸拔缸原因分析630E 自卸卡车由举升泵提供动力油，举升控制阀控制举升换向阀使油缸举升和降落。
当举升油缸第 3 节缸杆出到 3/4 时，举升限位电磁阀切断举升控制油路，举升油缸停止继续伸出。
发生举升油缸拔缸事故的主要原因有：(1) 举升限位失效 当 630E 自卸卡车的举升缸的第 3 节伸出到 3/4 时，车大架尾部的磁力开关闭合，举升限位电磁阀得电，举升油缸停止运动，实现限位。
当车斗与大架铰接销的轴向间隙超限时，大架尾部的磁力开关不能闭合，举升限位电磁阀不动作，油缸继续伸出，车斗由于惯性继续倾翻，油缸杆运动到头，造成严重冲击。
经过多次冲击，油缸螺栓疲劳断裂，致使油缸拔断。
(2) 举升油缸内泄 该车举升油缸是 3 节套管活塞式双作用油缸，如油缸有内泄，当油缸伸出到限位位置时，也不能立即停止运动。
(3) 操作问题 有时车斗到达举升限位后，斗内的货物卸不尽，司机经常会关闭钥匙开关举斗或磕斗，这样，举升限位磁力开关的电源就被切断，举升限位电磁阀就无法关闭，举升油缸就会伸出到头。
2 预防措施(1) 加强日常对举升限位的点检 每天点检时，认真查看举升限位情况，发现车斗与大架铰接销的轴向间隙超过 3 mm 时，通过加垫把举升限位磁力开关与车斗尾部的感应铁板之间的间隙控制在 3 mm 之内，确保举升限位电磁阀动作灵敏，防止举升油缸全部伸出。
(2) 加装限位块 在卡车大架尾部加装限位块，当举升限位开关失灵或油缸内泄，油缸第 3 节伸出4/5 时，车斗尾部碰到限位块，限制油缸继续伸出。
点检时如发现限位块与车斗相碰，及时查找原因，排除故障。
(3) 增加油缸闭锁阀 司机如果关闭钥匙开关举斗或磕斗时，举升限位开关不起作用，油缸极易拉断，因此在举升控制油路上加 1 个常带电的电磁阀 (见图 1 序号 5)。
基于单片机的煤矿井下安全监测系统设计
基于单片机的煤矿井下安全监测系统设计
赵晓妍;苗宇
【期刊名称】《中州煤炭》
【年(卷),期】2009(000)006
【摘要】介绍了一种基于MSP430F149单片机作为核心控制器件的井下安全监测系统,该系统主要由井下智能终端和井上的上位机监控中心组成.该系统可以完成井下电力参数和环境参数的实时监测和显示,出现故障或者危险时能及时报警.上位机与智能终端采用串行通信实现矿井与监控中心的数据传送.该系统实现简单,通信成本低,抗干扰能力强,可靠性高,有较高的推广应用价值.
【总页数】3页(P19-20,73)
【作者】赵晓妍;苗宇
【作者单位】黑龙江科技学院,电气与信息工程学院,黑龙江,哈尔滨,150027;黑龙江科技学院,电气与信息工程学院,黑龙江,哈尔滨,150027
【正文语种】中文
【中图分类】TD76
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矿井安全监测系统概述
矿井安全监测系统概述引言矿井是一种高风险的工作环境，存在着许多与安全相关的问题。
为了保障矿工的安全和提高矿井的运营效率，矿井安全监测系统应运而生。
本文将对矿井安全监测系统进行概述，包括系统的工作原理、主要功能、应用场景以及未来的发展趋势等。
工作原理矿井安全监测系统利用各种传感器、网络通信和数据分析技术来实时监测矿井的各种安全指标。
传感器可以监测矿井中的气体浓度、温度、湿度等参数，以及地质结构的稳定性和瓦斯爆炸等潜在灾害。
监测数据通过网络传输到监控中心，并由数据分析算法进行处理和分析。
矿井安全监测系统的主要功能包括以下几个方面：1.实时监测：通过传感器对矿井各种安全指标进行实时监测，及时发现潜在的安全隐患；2.报警与预警：当监测数据超过设定的安全阈值时，系统会发出报警信号，提醒相关人员采取相应的措施；3.数据存储与分析：系统会将监测数据进行存储、整理和分析，生成报告和统计图表，为矿井管理者提供决策支持；4.远程监控：通过网络，监测中心可以实时远程监控矿井的安全状况，减少人员的实地巡检工作；5.系统集成：与其他矿井管理系统进行集成，提高整个矿井的运营效率和安全性。
矿井安全监测系统主要应用于以下几个场景：1.矿井通风系统监测：通过监测矿井中的氧气浓度、二氧化碳浓度、瓦斯浓度等指标，及时发现通风系统故障、瓦斯积聚等问题，确保矿工的安全；2.矿井地质监测：通过监测矿井的地质结构、地震活动等指标，预测和预防地质灾害，减少人员伤亡和财产损失；3.煤矿瓦斯监测：通过监测矿井中的瓦斯浓度，及时发现瓦斯超限和瓦斯爆炸等情况，保障矿工的生命安全；4.矿井水文监测：通过监测矿井的水位、水流速度等指标，预防淹水事故的发生，保障矿工的安全。
随着信息技术和传感器技术的不断发展，矿井安全监测系统也在不断演进和完善。
未来矿井安全监测系统可能出现以下几个发展趋势：1.传感器技术的创新：传感器将更加精确和可靠，可以监测更多类型的指标，比如矿工的体温和心率等，提供更全面的安全监测；2.数据分析与：数据分析算法和将被应用于系统中，通过大数据和机器学习技术，提高预警和诊断的准确性；3.无线通信和云计算：系统将采用无线通信技术，数据将存储在云端，实现远程监控和数据共享；4.虚拟现实和增强现实：虚拟现实和增强现实技术将被应用于培训和模拟环境中，提高矿工的安全意识和应急能力；5.自动化操作与智能化管理：系统将与其他矿井管理系统进行更深度的集成，实现自动化操作和智能化管理，提高矿井的运营效率和安全性。
矿井安全监控系统
矿井安全监控系统在煤矿等矿井作业中，安全始终是至关重要的。
为了保障矿工的生命安全，提高矿井作业的效率和可靠性，矿井安全监控系统应运而生。
这个系统就像是矿井的“守护神”，时刻关注着矿井内的各种情况，为安全生产提供坚实的保障。
矿井安全监控系统是一个综合性的技术体系，它融合了传感器技术、数据传输技术、计算机技术和自动控制技术等多个领域的知识。
其主要功能是对矿井内的环境参数、设备运行状态和人员活动情况进行实时监测和控制。
首先，让我们来了解一下矿井安全监控系统中的传感器部分。
传感器就像是系统的“眼睛”和“耳朵”，能够感知矿井内的各种物理量和化学量。
例如，瓦斯传感器可以实时监测矿井空气中瓦斯的浓度，一旦浓度超过安全阈值，系统就会立即发出警报。
此外，还有一氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器等，它们分别负责监测相应的环境参数。
这些传感器通常安装在矿井的各个关键位置，如采掘工作面、回风巷、运输巷等，以确保能够全面、准确地获取矿井内的环境信息。
数据传输是矿井安全监控系统中的一个关键环节。
传感器采集到的数据需要及时、准确地传输到监控中心，以便进行分析和处理。
目前，常见的数据传输方式包括有线传输和无线传输。
有线传输方式具有稳定性高、传输速度快的优点，但布线成本较高，且在一些复杂的矿井环境中布线难度较大。
无线传输方式则具有灵活性强、易于安装和维护的特点，但可能会受到信号干扰和传输距离的限制。
为了确保数据传输的可靠性，通常会采用多种传输方式相结合的方式，以应对不同的情况。
在监控中心，计算机系统对传输来的数据进行处理和分析。
通过专门的软件，工作人员可以直观地看到矿井内的各种参数变化情况，并根据预设的规则和算法进行判断和决策。
如果发现异常情况，系统会自动发出警报，并采取相应的控制措施，如停止设备运行、通知人员撤离等。
同时，监控系统还会对历史数据进行存储和分析，以便为后续的安全生产提供参考和依据。
除了环境参数的监测，矿井安全监控系统还可以对设备运行状态进行监测。
基于低功耗单片机的矿井环境监测系统设计
基于低功耗单片机的矿井环境监测系统设计作者：张文杰邹念龙董丹迪来源：《山东工业技术》2018年第19期摘要：针对矿井环境监测问题，设计一种以MSP430F149低功耗单片机为核心的环境监测系统，能够对空气中温度、湿度、一氧化碳、火焰等常见环境参数进行测量，通过液晶显示模块进行数据的实时显示，并且当监测数据异常时，可通过蜂鸣器和屏幕显示进行报警。
完成了系统的原理样机研制，达到了预期功能。
关键词：环境监测；低功耗单片机；传感器DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.19.0781 引言环境与人类生产生活息息相关，对环境状态的有效监测是安全生产、健康生活的重要保证。
矿山安全工作的重点是及时发现安全隐患，预防事故的发生[1]。
矿井内环境的监测是矿山安全生产的重要组成部分。
新鲜空气依靠通风系统不断供给到井内，同时把污浊空气排出至地面，以保证良好的作业环境。
因此必须对井下温度、湿度、一氧化碳等环境参数进行有效的监测，当井下环境出现异常时，应能及时的发现并发出警示信息。
2 总体方案设计本设计以MSP430F149低功耗单片机作为环境监测系统的主控芯片，采用温湿度、一氧化碳、烟雾以及火焰传感器进行数据采集，通过液晶显示模块进行所测数据的显示，并设计RS232串行接口，可将数据传给上位机。
针对每一种环境参数设置相应的安全阈值，当超过阈值时，则进行蜂鸣器报警和液晶显示提示。
系统的总体框图如图1所示。
2.1 主控芯片MSP430单片机是美国德州仪器公司推出的一系列优秀的混合型微处理器产品，其最主要特点为功耗低，能够根据任务需要，设置于不同的工作模式[2，3]。
根据设计需求，本系统选用MSP430F149型号单片机。
该单片机采用RISC结构和低功耗设计，性能稳定可靠，运行效率高，同时具有丰富的外围模块资源，能够满足环境监测系统的接口需求[4]。
本设计软件开发平台采用IAR公司提供的 IAR Electronic Workbench。
基于STC89C52的矿井火灾监测系统设计
摘要国家在大力倡导使用新能源清洁能源的同时，煤矿能源仍作为一种主要能源被使用，并且随着社会经济的发展，对于电能的需求量越来越大，火力发电仍提供了大部分的能源供应，而煤炭的开采往往伴随着安全事故的发生，每年因煤矿生产安全而造成的生命和财产损失都让人痛心疾首，而产生这些安全事故的原因大多都是因为瓦斯泄露、透水、火灾等。
如何利用现代电子科学技术的方法尽可能的避免因瓦斯等环境因素造成的煤矿安全事故。
成为了很多科研学者和科研机构一直在努力的方向。
本设计采用STC89C52单片机作为主控芯片，通过搭配温度检测传感器、瓦斯浓度检测传感器、火焰检测传感器、LCD液晶显示屏、声光报警器共同构成此系统，需要实现的功能时当检测到环境温度不符合设定阈值启动声光警报，当检测到瓦斯浓度超标启动声光警报，当检测到火灾发生启动声光警报，于此同时，不同的类型触发的警报所启动的灯光不同，这样更有利于管理者进行决策采取相应措施减少损失。
对该系统进行拆分可以分为主控模块、传感器模块、LCD显示模块、按键模块、声光报警模块，通过编程将几个模块连接起来进行协同工作，从而实现本系统的基于STC89C52的煤矿环境检测系统的设计。
关键词：STC89C52；煤矿安全；瓦斯浓度传感器；火焰检测传感器；温度检测传感器；声光报警AbstractCountries in promoting the use of new energy and clean energy, coal energy is still used as a major energy, and with the development of social economy, the growing demand for electricity, thermal power still provide most of the energy supply, and coal mining, often accompanied by the occurrence of safety accidents, each year and cause loss of life and property safety production in coal mine are painful, and causes of these accidents mostly because the gas leak, floods, fires, etc. How to use the method of modern electronic science and technology to avoid coal mine safety accidents caused by gas and other environmental factors as much as possible. Has become a lot of research scholars and research institutions have been working on the direction.This design adopts the STC89C52 single-chip microcomputer as the master control chip, through collocation temperature detection sensor, the gas concentration detection sensor, the flame detection sensor, LCD liquid crystal display, sound and light alarm, constitute the system, the function of the need to implement when detected when the environment temperature is not in conformity with the setting threshold start the acousto-optic alarm, sound and light alarm when the detected gas chroma of start, sound and light alarm when the detected fires start, at the same time, different types of trigger alarm started by the light is different, it is better for managers to make decisions to take corresponding measures to reduce the loss. The system can be divided into main control module, sensor module, LCD display module, button module, sound and light alarm module. Several modules are connected through programming to work together, so as to realize the design of the system based on STC89C52 coal mine environment detection system.Key words: STC89C52; Coal mine safety; Gas concentration sensor; Flame detection sensor; Temperature detection sensor; Sound and light alarm目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的研究背景及意义 (1)1.2 研究现状 (2)1.3 系统功能及主要任务 (3)第2章方案论证 (4)2.1 总体设计方案 (4)2.2 主控模块选型 (4)2.3 瓦斯检测模块选型 (6)2.3.1 半导体气体传感器 (6)2.3.2 接触燃烧传感器 (6)2.4 火焰检测传感器 (6)2.4.1 远红外火焰传感器 (7)2.4.2 紫外火焰传感器 (7)2.5 温度检测传感器 (8)2.6 显示模块的选择 (8)2.7 编程语言的选择 (9)2.7.1 汇编语言 (9)2.7.2 C语言 (9)第3章硬件电路设计 (11)3.1 系统硬件描述 (11)3.2 单片机 (11)3.2.1 STC89C52单片机最小系统 (11)3.2.2 单片机的中断系统 (12)3.3 温度检测模块 (13)3.4 瓦斯监测传感器 (13)3.5 火焰检测模块 (14)3.6 按键模块的设计 (15)3.7 LCD液晶显示模块 (16)3.8 报警模块 (16)第4章系统软件的设计 (18)4.1 Keil软件的简介 (18)4.2 Proteus软件的简介 (18)4.3 主函数流程图 (19)4.4 温度检测程序 (19)4.5 瓦斯浓度检测模块流程图 (20)4.6 火焰检测模块流程图 (21)4.7 按键去抖子程序 (22)4.8 LCD显示模块流程图 (22)第5章系统调试 (24)总结 (31)参考文献 (32)第1章绪论1.1选题的研究背景及意义煤炭是我国具有战略意义的一种不可再生能源之一,占到我国能源总量的60%以上。
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文章编号:1001-9227(2003)02-0043-03单片机矿井安全监测系统景 旭 卢文华＊(盐城工学院教务处 江苏盐城,224003)(＊盐城工学院机械系 江苏盐城,224003) 摘 要:介绍了一种适用于中、小型矿井的煤矿安全监测系统,利用MCS-51单片机串行通信的多机通信中断方式,其上位控制机和下位监测机均采用89C51单片机。
在本文中,主要介绍了下位监测机的设计及上、下位机之间多机通信的实现。
关键词:A/D转换 串行通信 中断方式 主从控制ABSTR ACT:This paper introduces safe monitor system used in middle and small scale coal mine.The syste m uses multiprocessor communication principle of single-chip microcmputer.The type of the CPU is89C51in both its upper control microcomputer and its lower Monitor and Alarm microcompute Both the designs of lower Monitor and Alar m microcomputer and multicommunication of upper c ontrol micr ocomputer and lo wer Monitor and Alar m micr o-computer are intr oduced in this paper.KEYWORDS:Analogue-Digital conversion Serial port Multi-pr ocessor communication Interr uption mode中图分类号:TP368.2文献标识码:B0 引 言煤矿井下安全监测系统主要是对矿井生产系统安全的监测,包括对矿井空气中有害或危险成分的监测,矿井空气物理状态的监测,以及通风设备运行状态的监测,常用监测对象是甲烷、一氧化碳、风速、负压、温度等。
近年,国内外先后研制出多种类型的计算机监测网络,但由于现有设备造价高,大多数小型煤矿难于承受,而一般安全事故发生在小型地方煤矿的生产过程中,因此,研制一种价格低、性能可靠、容量适中且便于安装维护的小型矿用计算机综合安全监测报警装置十分必要。
本文利用了单片机成本低、性能可靠、集成度高、抗干扰能力强,易于相互之间及与计算机通信等特点。
1 系统总体方案本单片机安全监测系统具体由以下三部分构成: PC机、主单片机、单片机监测报警单元。
单片机监测报警单元位于井下安全处,控制对各个采点的监测对象进行采集,每个采点设有采集甲烷、一氧化碳、风速、压力等的多个传感器。
在本系统中,井下设有多个采点,从而具有多个单片机监测器。
地面监测中心设有一台单片机主机,它负责将各个采点的单片机从机所采集的监测对象参数以串行通信的方式收集进来。
由于单片机的数据处理功能较差,所以在监测中心又设有一台PC机,PC机设在地面调度室,用于信号处理,内设程序控制井下监测报警工作,并处理监测报警器所采集的数据,监测井下空气状态。
为保证系统性能以及运行速度,PC机选用80586以上型号,目前选择为Pen-tiumⅡ的PC机,PC机与单片机主机通信负责将所收集的数据进一步处理以及以丰富的图表方式显示输出。
由于VB语言所具有的友好的人机界面以及丰富的数据处理和图表显示功能,所以PC机的编程语言采用VB语言。
单片机主机和数据采集从机均采用MCS-51系列89C51单片机,系统采用串行通信的多机通信方式,主机与从机之间采用RS-485总线连接。
而PC 机与单片机主机采用RS-232总线相连。
系统总体布局如图1所示。
对于小型矿井,由于采点较少,为了节省成本,可43 自动化与仪器仪表ZID ONGHUA YU Y IQI YIBIA O 2003年第2期(总第106期)以不使用PC 机,只由单片机主机对系统进行控制。
本系统的工作过程是:井下监测报警器不断采集数据,采用数字滤波技术将信号瞬间波动过滤掉,合格信号存入相应存储单元,对其判断,如果某一参数超标则报警。
调度室内的主机周期性的与各个从机通信,取走数据,并送入PC 机中进行处理输出,为及时处理突发事故,主机访问周期不宜太长。
在本系统中,主要介绍井下所设置的单片机监测报警器的设计以及地面调度室内的单片机主机和井下多个单个机监测报警器串行通信的实现。
2 单片机监测报警器的设计该部分结构框图如图2所示,整个系统以单片机为核心,前向通道采集监测点的各个监测参数,进行处理后,分别进行LED 显示,声光报警以及存入数据存储器中,等待上位主机串行通信取走采集数据。
在该电路中,单片机采用C MOS 工艺的89C51低功耗芯片,它内部有4KB 的非易失性Flash 程序存储器,可满足本单元的程序存储需要。
数据存储采用一片8KB 的6264RAM 数据存储器,用于采集数据的简单处理以及暂时存储要求。
为实现总线复用,使用8位锁存器74HC373。
在本单元扩展一片DS12887非易失性实时时钟芯片,该芯片在断电情况下运行10年以上不丢失数据,具有计秒、分、时、日、月、年以及闰年补偿的功能。
该芯片一方面作为系统的日历时钟,用于历史数据的存档;另一方面可利用它的时钟实现周期性的与从机通信,采集数据;它内部的114个字节的通用R AM 还可用于保存数据。
显示器采用LED 显示器,其亮度较高,在远处就可清晰地看到。
模/数转换选用逐次比较式A /D 转换器AD574,其一次转换时间约为25μs ,非线性误差小于±1/2LSB 。
其精度和转换速度都可满足本系统要求。
系统中的数字量在进行采集之前,进行光电隔离,以滤去噪声。
为了实现紧急突发事件时井下人员的呼救,每个监测报警器上设置一呼救按钮,该按钮具有自锁功能,以便在下一次主机与其通信时可以检测到。
系统中还设置两个用于指示方向的箭头显示器,以便在突发事件时指示最佳逃避路线。
井上单片机主机对各个采点的数据进行排序以选择最佳路线。
3 串行通信设计在本系统中,中央控制室的PC 主机与单片机主机采用R S -232标准总线连接,该总线的最大传输速率为20MB /S ,最大传输距离为15m ,PC 主机与单片机主机均位于控制室,且传输速率要求不高,故该标准足以满足要求。
单片机主机与从机之间距离较大,较采用串行数据总线RS -485连接,该标准允许的最大传输速率为10MB /S ,最大传输距离为1200m 。
上位PC 机与单片机主机的通信采用双机串行通信方式,单片机的串行口设置为方式1,8位异步串行通信方式。
PC 机所采用的VB 编程语言,在标准串行通信方面,提供了具有强大功能的通信控件MSCOMM ,文件名为MSCOMM .VBX 。
该控件可设置串行通信的数据发送和接收,对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置。
在发送和接收数据的过程中触发OnComm 事件,通过编程访问CommEvent 属性了解通信事件的类型,分别进行各自的处理。
要实现单片机主机与所选择的从机可靠的通信,必须保证通信接口具有识别功能。
89C51单片机的SC ON 中的SM2位是一多机通信控制位,当串行口以方式2(或方式3)接收数据时,如果SM2=1,则仅当接收器接收到的第九位数据RB8为1时,数据才装入接收缓冲器SBUF ,且置RI 为1,向CPU 发出中断请求信号;若第九位数据RB S 为0,则不产生中断请求信号,数据将丢失。
而SM2=0时,则接收到一个数据字节后,不管第九位的值是0还是1,都产生中断标志RI ,接收数据装入SB UF 中。
应用这个特性,便可实现如图1的多机通信。
在多机通信时,主机发出的信息有两类,即从机地址和数据信息。
将图1中的各从机地址定为00H 、01H 、02H 、…。
在本系统中,令主机和从机串行口工作在方式3,即九位异步通信方式,主机发送的地址信息的特征是串行数据的第九位(TB8)为1,而发送的数据信息的特征是串行数据的第九位为0。
对于从机就要利用SM2位的功能来确认主机是否在呼叫自己。
在本系统中,主机需要处理大量的数据以及与上位PC 机通信,而从机需要完成对采集现场的监测,为节省运行时间,提高运行效率,主机和从机均采用中断方式。
本系统的串行多机通信过程如下:(1)主机向从机发送机号信息时,置位TB8,而向从机发送数据信息时,复位TB8;(2)从机在未有串行中断到来时,进行自己的监测工作,此状态下,必须另SM2=1,即处于只接收地址帧的状态;(3)从机在收到地址信号后,判断主机是否在呼叫44本机。
如是,则进入正式通信状态,复位SM2,把本机号回发给主机作为应答,然后开始接收主机发来的命令或数据信息。
其它机号不符的从机进行自己的工作,无法接受主机的命令或数据信息;(4)主机收到从机发回的应答信号后,比较发送的机号和接收的机号是否相符。
若是则复位TB8,开始发送命令信息、接收或发送数据信息。
4 软件设计本部分主要介绍通信软件设计: (1)主机和从机串行口的初始化为实现接收和发送的同步,主机和从机的波特率都定为9600,定时器控制寄存器TMOD 设置为定时器1方式2(8位自动重装初值方式),为使T1的初值为整数,时钟频率f osc 取11.0592MHz ,则由波特率=(2SMOD /32)×(f osc /12)[256-(TH1)]可知,当SMOD =0时,可得重装初值TH1=TL1=0FAH 。
串行口控制器SCON 设置为模式3,允许接收。
主机的TB8置1,从机的SM2置1。
(2)主机通信程序设计主机和从机均采用中断方式进行通信。
通过调用通信子程序来完成主、从机通信的先期工作。
其中包括串行口的初始化和要通信的从机建立联系等。
通信子程序的流程图如图3所示。
(3)从机通信程序设计在实时监测中,从机的任务很多,所以对其采用中断方式。
在主机没有呼叫时,从机完全投放到监控现场,只有在有串行中断到来时,从机才利用中断处理进行通信。
为了不丢失数据,应将串行中断置于最高级别。
5 结束语本单片机矿井安全监测系统,由于其成本低廉、性能可靠、易于监测,且在不选用PC 机时本系统仍是一个完整系统。
所以,在中、小型煤矿能得到很好的推广使用,使用后可极大的减少人身伤亡,及时预测预报险情。
参考文献1 杨文龙.单片机原理及应用.西安:西安电子科技大学出版社,19962 何立民.单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,19963 许瑞祯.煤矿通风安全.北京:煤炭工业出版社,1985(上接第17页)的电阻炉上。