煤炭安全参数检测(基于单片机)
基于煤矿安全监测系统的单片机课程改革探索与研究
基 于 煤 矿 安全 监 测 系统 的 单 片 机课 程 改革探 索 与研 究
王 摘 键 高同辉 韩书娜 （ 平顶 山工业职业技术学院 河南平顶山 ４７ ０ ） ６ ０ １ 要 ：本 文针对传统 的单 片机课程教 学不能很好的 突出职业性的这一不足 ，确立 了以煤矿安全监测 系统为载体 的单 片机
学生 的学 习，包括学习地点 、学习 目标 、工作与学 习内容等 。
素质 的要 求 ，对课程 的知识 、能力 、素质 进行分 析细 化 ，然 后根据这些特征确定 教和学 的方法 ，最后确定 课程效 果 的考
核方式和评价方法 。即采用 “ 结合” 的 “ 两 四评” 考核办 法 进行综合评价 。 “ 两结合”是对 每个 学 习任 务采 用 的过程 考 核与 结果 考 核相结合 ，学生在校 内的学 习考 核与 在校外 的实践 考核相 结 合 。“ 四评”是学生 自评 、学生 团队互评 、教师和师傅对学生 评价 、教师和师傅对学生 团队评价 。 １ 过程考核 ． 过程考核成绩 占７ ％ ，其 中校 内的学习考核 占４ ％ ，校 ０ ０ 外 的实践考核 占４ ％ ，成果汇报 占 ２ ％。过 程考核有 四项 评 ０ ０ 价内容 ：学 生 自评 ２ ％ ；教 师 评 学 生 ３ ％ ；教 师 评 团 队 ０ ０ ３ ％ ；团队互评 ２ ％ ，其 中每 一项评价 包含三个 阶段 ：第 一 ０ ０
教学实施安 内容 包 括实 施 步骤 、工 作 过程 安 排 、实施 方 法 、
主导者 （ 也就是教学活 动 中的教 师 或学 生 ） 。知识 准备 为学
生提供完成任务所需要 的相关知识与信息 ，主要有 问题导入 、 任务描述 、任 务分析 、任 务演示 、相关知识 等 。任务 布置使 学生 明确学 习任务 和工 作任务 。学习评 价用 于检查学 生学 习
基于单片机的煤矿瓦斯监测系统设计
XXXX大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：基于单片机的煤矿瓦斯监测系统设计指导教师：职称:职称:20**年12月5日设计题目基于单片机的煤矿瓦斯监测系统设计姓名班级答辩小组成员（职称）：说明书主要内容：（小摘要）1：目前我国煤矿的安全事故频频发生，其原因是多方面的，但井下安全监测手段落后是其中的一个主要原因。
这篇文章就是针对导致矿难频发的瓦斯浓度进行监控而设计的。
2：针对瓦斯的特点，设计出同时监测高低浓度的瓦斯系统，全天候不间断的对井下瓦斯浓度进行监测。
3：采用声光报警系统，一旦瓦斯超标，系统立即提醒正在井下作业的工人紧急撤离，避免人员伤亡，并且还运用红外遥控系统来进行远程监控。
4：这种智能传感器采用闭环控制来确保采样的平稳。
5：该传感器以AT87C552单片机为核心，实现对瓦斯的检测、报警和控制。
适合各类煤矿瓦斯的监控，可以大大降低煤矿事故的发生，降低企业成本，提高煤炭开采率。
评定成绩：答辩小组组长：年月日目次引言 (1)1 文献综述 (3)1.1 关于瓦斯 (3)1.1.1 矿井瓦斯监控技术 (3)1.2 系统原理介绍 (4)2 总体设计方案 (5)2.1 硬件电路介绍 (5)2.1.1 恒温控制信号取样电路 (6)2.1.2 锯齿波发生电路 (7)2.1.3 电压比较电路 (9)2.1.4 脉冲电压稳幅电路 (9)2.1.5 声光报警电路 (10)3 具体实施方案 (12)3.1 CPU模块设计- AT89S8252 单片机的结构及原理简介 (12)3.2 智能瓦斯传感器的设计 (12)3.3智能监控系统下位机的软件框架 (14)3.4 LCD显示器 (18)3.5 PID控制 (20)PID控制实现 (21)3.6 软件流程图 (24)总结 (26)参考文献 (26)引言在我国煤矿安全事故中, 瓦斯爆炸造成的伤亡人数占所有重大事故伤亡人数的70 % 以上, 成为实现安全生产的最大障碍, 及时准确地检测瓦斯含量, 在安全生产中具有重要意义。
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。
基于煤矿安全监测系统的单片机课程改革探索与研究
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。
基于无线单片机CC2510的煤矿安全监控系统设计
４ 施工工艺 流程 的应用效 果
通过以上五个方面 的整体创新 ，施工工艺流程应用到济 宁三号煤矿 主井 ２ ＃提升机提升钢丝绳的更换施工中。此次施
工 共 更 换 钢 丝 绳 ６ （６ ｍ 根 ）整 个 施 工 过 程 仅 用 时 ３ 根 ７０ ／ ， Ｏ小 时 ， 之 以往 减 少 了 ｌ 个 小时 。平 均 每根 仅 需 ５小 时 。 较 Ｏ多
出一套完善高效的煤矿安全监控 系统 ，以避免或减少 瓦斯 突
出灾害的发生及其带来 的危害就显得尤为重要。 当前煤矿安全监测系统大多采用有线和 固定传感器组成 的网络 ， 网络存在以下弊端 ： 该 布线复杂 ， 施工 劳动强度 高 ； 网 络结构相对 固定 ， 不适 合掘进工作 面延伸 的动态变化要求 ； 监 测点相对 固定 ， 容易 出现监测 盲区 ； 通信 线路 容易破坏 ， 复 恢 难度大 ； 线路维护成本高 ， 且节点扩展施 工量大 ， 在一些矿 井 监控系统改造中已开始被无线传感器 网络所取代 。笔者设计 了一种基于无线单片机 Ｃ ２ １ Ｃ ５ ０的煤矿安全监控系统。 所设计
系统 具 有 以下 特 点 ： 据 经 过 网络 节 点 传 输 到监 控 中心 ， 现 数 实
温度监测节点
自动监控 ，并具有短消息报警功能 ；在煤矿井下节点布置灵 活， 随着工作面推进不会 出现监控 盲区 ； 扩展节点方便 ， 能 并 形成新 的自组网络 ； 系统成本低 、 施工难度小 。
图 １ 系统 总体 框 图
（） １查询功能。由中心节点 向相应 的监测节点或控制节点 发送查询命令 ， 分节点收到查询命令后启动相应的查询程序 ， 并将查询结果发给中心 节点 ， 同时显示在 Ｌ Ｄ显示屏上 ； Ｃ （） ２ 设置功能。在对各 监测参数 报警阈值 进行设 置时 ， 中
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。
基于单片机的矿山压力检测系统的设计毕业设计论文
题目：基于单片机的矿山压力检测系统设计学生姓名：学号：系（部）：专业：入学时间：年月导师姓名：职称/学位：助教/硕士导师所在单位：毕业设计（论文）提交时间：目录1.绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2 矿山压力监测系统研究概况及发展趋势 (2)1.3 矿山压力监测系统研究内容概述 (3)2.矿山压力检测系统组成与要求 (4)2.1矿山压力检测系统的结构与组成 (4)2.2系统功能 (4)2.3系统技术特点 (4)2.4压力传感器优点 (5)2.5井下监控基站 (5)3．压力检测系统的硬件设计 (6)3.1 89C52单片机功能描述与外部引脚定义 (6)3.1.1功能描述 (6)3.1.2外部引脚定义 (6)3.2 检测系统硬件设计 (7)3.2.1系统原理设计总方案 (7)3.2.2各种芯片功能介绍 (8)3.2.3系统设计原理图 (8)4 压力检测系统软件设计 (12)4.1压力检测系统软件流程图 (12)4.2单片机的中断系统简介 (13)4.3系统C语言驱动程序 (13)结论 (17)参考文献 (18)致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19摘要矿山压力监控系统是煤矿信息管理的基础设施，它依托工业企业网的建设而存在，是企业信息化建设最重要的一个组成部分。
它是一种综合的集成技术，涉及现场总线技术、计算机技术、通信技术、数据库技术、多媒体技术、控制技术和网络技术等。
从网络结构上，煤矿井下压力监控系统可分为信息网和控制网两层。
信息网处于工业企业网的上层，使企业数据共享与传输的载体：控制网处于工业企业网的下层，与信息层紧密地集成在一起，服从信息网的操作，同时具有独立性和完整性。
矿山压力监测系统主要研究采煤工作面矿山压力观测和巷道矿山压力观测。
采煤工作面主要监测工作面四周围岩的应力变化、顶底板变形与破坏、支柱压缩与载荷、煤壁片帮、支架变形与折损等，并进行记录、整理分析。
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。
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
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
【相关文献】
1.煤矿井下基于无线传感器网络的安全监测系统设计 [J], 王帅
2.基于89C52单片机控制的煤矿井下冒顶压力监测系统设计 [J], 时国平;王伟;李开伦;陈传新
3.基于单片机的煤矿井下环境监测系统设计 [J], 闵涛
4.基于STC89C52单片机和GSM的厨房安全监测系统设计 [J], 胡金良;李志成;张
翠侠
5.基于PIC单片机的旅居车信息及安全监测系统设计 [J], 左心悦;孙宁
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煤炭安全参数检测(基于单片机)
兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）题目煤矿安全参数检测装置系别电气工程系专业电气自动化技术班级电自08-1姓名赵宝学号200802101149指导教师（职称）秦雯日期2011-02-20摘要瓦斯爆炸已成为中国矿难的主要原因之一。
本设计基于单片机8031控制，以传感器技术和通信技术作为系统设计的基础，实现瓦斯等气体浓度值的实时采集及传送，是一套完备的煤矿安全检测系统。
该系统硬件电路可靠性强，灵敏度高，大大提高了煤矿内工作的安全系数。
关键词瓦斯检测；二氧化碳检测；温度检测；单片机；A/D转换器AbstractGas explosion has become China's coal mines, one of the main reasons. This design based on single chip microcomputer 8031 control to sensor technology and communication technology as the foundation, realize the system design of gas gas, such as the real-time data acquisition and transfer of chroma value, is a set of complete coal mine safety detection system. The system hardware circuit reliability, high sensitivity, greatly improving the work within the safety factor of the coal mine.Keywords gas detection. Gas sensors, The temperature sensor, Microcontroller, A/D converter, Gas measurement目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2煤炭生产的现状 (1)1.3煤炭安全生产的发展趋势 (2)第二章方案论证 (3)2.1系统设计可行性分析 (3)2.2 控制部分的选择 (3)2.3温度传感器的选择 (3)2.4瓦斯传感器的选择 (4)2.5二氧化碳传感器的选择 (4)2.6 A/D转换器的选择 (5)2.7外扩存储器的选择 (5)2.8外扩I/O接口的选用 (6)2.9 键盘及显示器的选择 (6)2.9.1键盘的选择 (6)2.9.2显示器的选择 (6)2.10声光报警 (7)第三章硬件电路设计 (8)3.1设计思路 (8)3.2 8031单片机的介绍 (8)3.2.1 8031单片机的基本结构及管脚说明 (8)3.2.2 MCS—51的中断源和中断标志 (9)3.3外部存储器ROM（2764）介绍 (11)3.3.1外部存储器ROM（2764）的内部结构 (11)3.3.2 8031和2764的连接 (13)3.4 Intel 8155 (14)3.4.1Intel8155的介绍 (14)3.4.2 8031与8155的连接 (15)3.5 显示和键盘 (16)3.5.1 LED简介 (16)3.5.2键盘接口原理 (17)3.5.3键盘、显示接口电路 (18)3.6 ADC0809简介 (19)3.6.1 ADC0809的内部结构 (19)3.6.2 MCS—51对ADC0809的接口 (20)3.7 AD590简介 (21)3.7.1AD590简介 (22)3.7.2 AD590的应用电路 (22)3.8 GMM221型CO2传感器 (23)3.9瓦斯传感器电路设计 (24)3.9.1瓦斯传感器的介绍 (24)3.9.2瓦斯传感器测量电路设计 (24)3.10指示功能的电路 (24)3. 11报警电路 (25)3. 12 电源电路设计 (25)第四章软件设计 (27)4．1主程序 (27)4.2显示子程序 (29)4.3键盘扫描子程序 (30)第五章系统设计中的问题及解决方法 (34)5.1 硬件方面问题 (34)5.2软件方面问题 (34)设计总结 (35)致谢 (36)参考文献 (37)第一章绪论1.1课题背景我国煤炭资源丰富，是优势矿产，是煤炭作为我国主体能源的重要物资基础。
基于AVR单片机的煤矿电气设备性能试验装置研制
基于AVR单片机的煤矿电气设备性能试验装置研制【摘要】煤矿井下安全生产一直是我国安全生产工作的重点。
本文在分析井下安全生产现状和AVR单片机特点的基础上，以AVR单片机为核心设计矿用电气设备特性试验装置，装置根据需要完成不同电压等级、不同额定电流的电气设备过载、短路、温升等试验操作。
【关键词】煤矿电气设备试验特性一、前言目前国内煤矿安全生产现状良好，井下安全生产事故总数、死亡人数和百万吨死亡率逐年下降，但随着开采强度和深度的增加，煤矿安全生产面临新的挑战。
如何从本质上排除煤矿安全生产事故隐患是当今煤矿安全生产工作和安全科技研究的重点。
矿用隔爆兼本质安全型多回路真空电磁起动器、矿用隔爆兼本质安全型真空馈电开关和矿用隔爆型照明信号综合保护装置等电气设备是煤矿井下输配电及安全生产所必需的设备，其在过载、短路及漏电时产生的火花容易引起井下瓦斯等可燃性气体爆炸，导致安全生产事故发生。
可见，开展煤矿井下电气设备性能试验装置的研制，对于提高井下电气设备质量、排除安全生产事故隐患和保证井下生产工作的顺利开展具有十分重要的意义。
ATmegal 16L属于在AVR单片机大家庭中一款新型高档单片机，它的芯片内部集成了较大容量的数据存储器和丰富的硬件接口电路。
ATmegal 16L具备AVR高档单片机系列产品的全部优良性能，但由于其采用了小引脚封装形式，所以价格和低档单片机相似，使其成为所有AVR单片机中内部接口丰富、功能齐全、性能价格比最好的产品。
ATmegal 16L单片机具有32个可编程I/O口，可以根据需求定义I/O口的输入/输出方向，输出信号具有较强的驱动能力，能够直接驱动LED等大电流负载。
ATmegal 16L单片机的大部分I/0端口为复用端口，即可以作为通用数字I/O，还可以作为芯片内部其他外围电路的接口。
ATmegal 16L单片机具有三个定时/计数器，不仅具有常规的计数和定时功能，还具有信号捕捉、比较、实时时钟计数及脉宽调制输出等更为强大的功能。
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兰州工业高等专科学校毕业设计（论文）题目煤矿安全参数检测装置系别电气工程系专业电气自动化技术班级电自08-1姓名赵宝学号200802101149指导教师（职称）秦雯日期2011-02-20摘要瓦斯爆炸已成为中国矿难的主要原因之一。
本设计基于单片机8031控制，以传感器技术和通信技术作为系统设计的基础，实现瓦斯等气体浓度值的实时采集及传送，是一套完备的煤矿安全检测系统。
该系统硬件电路可靠性强，灵敏度高，大大提高了煤矿内工作的安全系数。
关键词瓦斯检测；二氧化碳检测；温度检测；单片机；A/D转换器AbstractGas explosion has become China's coal mines, one of the main reasons. This design based on single chip microcomputer 8031 control to sensor technology and communication technology as the foundation, realize the system design of gas gas, such as the real-time data acquisition and transfer of chroma value, is a set of complete coal mine safety detection system. The system hardware circuit reliability, high sensitivity, greatly improving the work within the safety factor of the coal mine.Keywords gas detection. Gas sensors, The temperature sensor, Microcontroller, A/D converter, Gas measurement目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2煤炭生产的现状 (1)1.3煤炭安全生产的发展趋势 (2)第二章方案论证 (3)2.1系统设计可行性分析 (3)2.2 控制部分的选择 (3)2.3温度传感器的选择 (3)2.4瓦斯传感器的选择 (4)2.5二氧化碳传感器的选择 (4)2.6 A/D转换器的选择 (5)2.7外扩存储器的选择 (5)2.8外扩I/O接口的选用 (6)2.9 键盘及显示器的选择 (6)2.9.1键盘的选择 (6)2.9.2显示器的选择 (6)2.10声光报警 (7)第三章硬件电路设计 (8)3.1设计思路 (8)3.2 8031单片机的介绍 (8)3.2.1 8031单片机的基本结构及管脚说明 (8)3.2.2 MCS—51的中断源和中断标志 (9)3.3外部存储器ROM（2764）介绍 (11)3.3.1外部存储器ROM（2764）的内部结构 (11)3.3.2 8031和2764的连接 (13)3.4 Intel 8155 (14)3.4.1Intel8155的介绍 (14)3.4.2 8031与8155的连接 (15)3.5 显示和键盘 (16)3.5.1 LED简介 (16)3.5.2键盘接口原理 (17)3.5.3键盘、显示接口电路 (18)3.6 ADC0809简介 (19)3.6.1 ADC0809的内部结构 (19)3.6.2 MCS—51对ADC0809的接口 (20)3.7 AD590简介 (21)3.7.1AD590简介 (22)3.7.2 AD590的应用电路 (22)3.8 GMM221型CO2传感器 (23)3.9瓦斯传感器电路设计 (24)3.9.1瓦斯传感器的介绍 (24)3.9.2瓦斯传感器测量电路设计 (24)3.10指示功能的电路 (24)3. 11报警电路 (25)3. 12 电源电路设计 (25)第四章软件设计 (27)4．1主程序 (27)4.2显示子程序 (29)4.3键盘扫描子程序 (30)第五章系统设计中的问题及解决方法 (34)5.1 硬件方面问题 (34)5.2软件方面问题 (34)设计总结 (35)致谢 (36)参考文献 (37)第一章绪论1.1课题背景我国煤炭资源丰富，是优势矿产，是煤炭作为我国主体能源的重要物资基础。
但是，煤炭资源现状不容乐观，勘探程度低、经济可采储量和人均占有量少，资源浪费严重，生态环境和水资源严重制约着煤炭资源的开发，必须科学地、客观地认识我国煤炭资源优势和资源现状。
随着我国经济持续高速增长，包括煤炭在内的能源需求增长明显加快，呈现出供不应求的局面。
煤炭行业面临巨大发展机遇，其发展具有诸多有利因素：宏观经济的高速发展为煤炭需求持续增长提供了坚实的支撑；煤炭行业在能源供应中不可动摇的主导地位巩固了其作为支柱产业发展的地位。
1.2煤炭生产的现状瓦斯是在成煤过程中形成并大量储存于煤层之中的气体。
瓦斯是一种无色无味的气体，主要成分是甲烷，在超浓度时能引起人窒息死亡。
在地下采矿的时候，井内常常会泄露一定量的甲烷、一氧化碳、二氧化碳等气体，后一种含量少，且易溶于水，经煤矿开采时的喷水处理后变成酸，但前两种气体含量多，且几乎不溶于水，属于易燃易爆气体。
随着科学技术的不断发展，井下作业的安全程度越来越高，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着隐患，每年煤矿瓦斯爆炸事故依然很多。
针对煤矿安全生产中的共性、关键性和前瞻性的技术问题，以煤矿事故因素瓦斯、粉尘、水灾等为重点研究对象，加强科技攻关，提高对煤矿主要灾害的识别能力、监测预警能力、防治与控制能力是当前煤矿生产的首要任务。
煤矿安全装备是防治煤矿事故的重要手段，在防治灾害事故中发挥了重要作用，但目前仍有许多装备存在适应性不强、可靠性差的问题。
煤矿安全监测的参数有很多，其中瓦斯是个很重要的参数，如果浓度过大，容易造成爆炸危险，后果不堪设想。
在煤矿井下开采过程中，高瓦斯或突出矿井广泛采用由真空泵和管路组成的抽排系统抽出采掘工作面煤层中的瓦斯。
近几年来大多数煤矿选用2BE1系列真空泵，该泵是用常温的清水作为工作介质、抽吸不含颗粒的气体。
井下抽排系统只是单向对瓦斯抽排，当泵的转速一定时，排放流量固定，在刚开始排放启动时瓦斯浓度很高而导致出口瓦斯量在允许的范围内。
根据煤矿抽放现场的调研及与现场技术人员的交流，发现现行的井下抽排系统存在一些问题：启动抽排时通常会造成排放管道中的瓦斯超限。
由于在停泵期间，工作而积蓄了大量瓦斯，当抽排泵刚启动时，大量瓦斯经抽排泵排入管道中，此时会引起排放管道中瓦斯超限，造成安全隐患。
在系统的启动和运行过程中，不能自动的根据被排瓦斯浓度及时调节排放流量，以保证出口处的瓦斯浓度不超限。
近几年来大多数煤矿选用2BE1系列真空泵，根据抽排泵的工作原理及工作环境，由于煤矿井下供水管路经常断水，抽排泵无水后，泵内的瓦斯排不出去，此时泵运行，会引起泵内瓦斯爆炸。
因此水环式真空泵抽吸瓦斯时必须安装可靠的断水保护装置。
而现行系统中缺乏必要的断水保护功能。
4.调节输出流量的旁通阀设置存在安全隐患，在停泵及泵故障状态时，抽进管道气压较高，会使瓦斯从旁通阀溢出，对整个系统的工作环境造成了安全隐患。
1.3煤炭安全生产的发展趋势在可预见的将来，全世界煤炭仍将保持增长趋势，煤炭在能源结构中仍将占重要地位；结构调整是主要产煤国家煤炭工业发展的普遍规律，以保持竞争优势；跨国矿业集团经营发展战略为我国煤炭工业发展提供重要借鉴，企业并购和扩张的目的是追求效益，而不是规模。
最近几年我国煤矿安全形势趋于稳定好转，但形势依然严峻，必须进一步强化以下煤矿安全生产措施：(1)必须从国家宏观调控入手，适当限制第二产业增长速度，大力发展第三产业，减缓能源需求压力，为煤矿安全创造更加有利的宏观环境；(2)调整煤炭产业布局和结构、大幅度限制百万吨死亡率高的省区和矿区煤炭产量、大幅度增加安全生产条件好的重点产煤省区煤炭产量、是大幅度减压事故和死亡人数的根本途径；(3)安全文化和安全责任是政府和企业安全生产战略的重要支柱，从企业高层领导到每个员工都重视安全，强化安全生产责任意识，是保证安全生产的前提；(4)推行煤矿安全质量闭环管理体系，不断排除事故隐患，建设安全型矿井，提高煤矿安全生产保障能力；(5)加强煤矿管理人员和矿工安全培训，提高全体员工素质，从根本上构建安全生产长效机制，实现零死亡。
第二章方案论证2.1系统设计可行性分析本设计要求：用单片机，电子技术，传感器，微机控制技术等知识设计一个简单的煤矿安全参数检测装置。
以单片机8031为控制核心，完成对瓦斯浓度、温度、二氧化碳浓度等参数的检测。
（1）瓦斯浓度检测；（2）二氧化碳浓度检测；（3）温度检测；（4）中央处理器（单片机）；（5）能够完成对检测参数的设置（6）能够显示检测参数由此可以得到系统的硬件框图如图2-1所示。
图2-1 硬件框图2.2 控制部分的选择方案一：采用简单模拟电路及逻辑电路组合成控制系统。
可以就系统的各个部分在系统工作时的状态画出时序图，转化为真值表进行逻辑运算，设计出逻辑电路来控制系统的运行。
此方案由纯硬件实现，设计复杂，系统庞大，焊点过多，易出错，多级门电路的串联造成的时延对系统的稳定产生不利的影响，而且难以对数据进行复杂的处理。
方案二：选取8031单片机; 包含128 字节和256 字节RAM， 32 条I/O ，口线 3 条16 位，定时/计数器 6 输入4，优先级嵌套中断结构 1 个，串行I/O 口，可用于多机通信 I/O 扩展或全双工UART，以及片内振荡器和时钟电路。
综合上述两种方案，控制部分应选用8031单片机。
2.3温度传感器的选择传统的模拟温度传感器，如热电偶、热敏电阻和RTDS对温度的监控，在一些温度范围内线性不好，需要进行冷端补偿或引线补偿；热惯性大，响应时间慢。
集成模拟温度传感器与之相比，具有灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点，而且它还将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，有实际尺寸小、使用方便等优点。
常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。
这里主要介绍该类器件的几个典型。
方案一：AD590温度传感器AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，输出电流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），灵敏度为1μA/℃。
当在电路中串接采样电阻R时，R 两端的电压可作为输出电压。