煤矿瓦斯微机监测系统毕业设计终稿

煤矿瓦斯微机监测系统设计

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摘要

瓦斯是煤矿生产中的有害气体，它严重威胁着矿工的生命和国家财产的安全。不断发生的煤矿瓦斯爆炸事件强烈的提醒我们提高煤矿瓦斯监测的管理质量，为了加强煤矿瓦斯的管理水平，本课题设计了对煤矿瓦斯监测的系统。

本系统下位机以AT89S52单片机为控制核心，系统采用了MJC4/3.0L瓦斯传感器，并通过INA114对电信号进行放大，通过PCF8591将模拟信号转换为数字信号，该A/D转换器采用了I2C总线技术，可以最大限度的利用有限管脚。滤波之后单片机驱动八位数码管对数据进行显示，并通过RS-485下位机网络将数据上传至上位机。上位机程序用VB编写，采用MSComm插件启动串口，可以随时开启串口并对任意下位机的数据进行查看，并保存到相应的数据框。

关键词：瓦斯传感器；单片机；监测系统；串口通讯

Coal Mine Gas Monitoring System Based on Single Chip

Microcomputer

ABSTRACT

The gas is harmful gases in the coal mine production,it seriously threaten to the safety of the lives of miners and state property.The continued occurrence of coal mine gas explosion events remind us improve the quality of management of the coal mine gas monitoring.In order to strengthen the level of coal mine gas management ,this time,I design a coal mine gas monitoring system at this subject.

The slave computer’s system use AT89S52 single chip microcomputer as the core controller,and it uses MJC4/3.0L gas sensor which could transform concentration signal to analog electrical signal as it’s major sensor . And PCF8591 that use I2C-bus could transform analog signal to digital signal effectively.Finally the LED could display the concentration value, and the system would upload the value. The software of upper computer programmed by Visual Basic,and it uses MSComm as it’s ActiveX. The software has great functions which include check and save data at any time.

Key words: gas sensor; single chip microcomputer;monitoring system; serial communication

目录

摘要......................................................................... I ABSTRACT ................................................................... II 第1章绪论. (1)

1.1课题研究的背景、现状及研究意义 (1)

1.2瓦斯监测论文主要研究容及要求 (2)

第2章系统总体方案的确定 (4)

2.1系统总体结构设计 (4)

2.2系统工作原理 (4)

第3章瓦斯监测系统硬件电路设计 (6)

3.1单片机及时钟、复位模块 (6)

3.2瓦斯检测模块 (7)

3.3显示模块 (13)

3.4通信模块 (15)

3.5 蜂鸣器报警模块 (18)

第4章系统软件设计 (19)

4.1概述 (19)

4.2瓦斯监测主监控程序 (19)

4.3数据采集子程序 (19)

4.4 A/D转换子程序 (20)

4.5滤波子程序 (21)

4.6 LED显示子程序 (22)

4.7蜂鸣器报警子程序 (23)

4.8通信程序 (23)

第5章系统的仿真 (26)

5.1下位机的调试与仿真 (26)

5.2上位机的调试与仿真 (29)

第6章总结与展望 (31)

参考文献 (32)

致 (33)

附录A 外文翻译—英文原文部分 (34)

附录B 外文翻译—中文译文部分 (40)

附录C 系统硬件原理图 (45)

附录D 下位机主程序流程图 (46)

附录E 下位机程序代码 (47)

附录F 上位机程序代码 (53)

第一章绪论

瓦斯是煤矿生产中的有害气体，它严重威胁着矿工的生命和国家的财产安全。随着国民经济的快速发展，各种能源需求快速增长，煤炭开采量也在逐年增加，安全隐患也就越来越多，瓦斯事故特别是重大瓦斯事故在煤矿事故中的比例也就越来越高。如果不能及时测量井下的瓦斯浓度，那么煤矿的安全生产就无从谈起，从而也就无法保证煤炭工业持续而稳定的向前发展。所以，对煤矿井的瓦斯气体进行快速准确的检测就显得尤为重要，对易燃易爆气体检测系统的研究和开发也就成为人们普遍关注的问题。

1.1 课题研究的背景、意义及研究现状

煤炭是中国国民经济建设的动力，占全国一次能源生产总量及消费结构的70%以上。至2006年底，全国在册的大小煤矿共有2.6万个，均为瓦斯矿井，其中50%以上属于高瓦斯矿井。煤矿由于由于受到自然地质、井下开采条件、矿工技能条件、技术和装备等条件的限制，一直存在着安全可靠性程度差、安全事故频率高等问题，尤其是瓦斯事故频发、危害严重。

从煤矿瓦斯防治部际协调调查小组召开第十次会议了解到，2012年，全国煤矿发生瓦斯事故72起、死亡350人，同比减少47起、183人，分别下降39.5%、34.3%。煤层气抽采量141亿立方米、利用量58亿立方米，同比分别增长23.2%、20.2%。虽然近几年煤矿瓦斯事故逐年大幅度下降，但重特大瓦斯事故没有得到有效遏制，部分地区和小煤矿瓦斯事故多发，煤矿瓦斯防治形势依然严峻。煤炭需求持续增加，加剧了瓦斯防治工作压力；瓦斯灾害威胁日趋严重，防治难度越来越大；部分省份瓦斯防治机构不健全，尚未形成有效的工作机制；瓦斯防治基础依然薄弱，一些小煤矿安全投入严重不足，不具备瓦斯防治能力；煤与瓦斯突出机理尚未完全研究清楚，煤矿瓦斯防治关键技术有待突破。新中国成立以来发生的24起煤矿一次死亡百人以上的特别重大事故中，瓦斯煤尘事故有21起，事故起数和死亡人数分别占88%和90%。一方面，每次瓦斯爆炸都会引起全社会的关注，更是给牺牲的矿工亲属带来沉重的精神打击，对煤炭事业健康发展以及矿区和谐社会建设都产生了不良的影响。另一方面，我国煤炭安全生产现状与世界一些发达国家和发展中国家相比差距很大，伤亡人数是美国的100倍、俄罗斯的10倍、印度的12倍。

瓦斯是一种无色、无味、可以燃烧或爆炸、可以使人窒息死亡的气体，在成煤过程中形成，是煤炭的伴生物。当瓦斯在空气中的含量为5%~16%时，就有爆炸的危险。煤矿安全规程规定，采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1%时，检测仪表必须进行报警以提示停止工作，撤出人员，采取措施进行处理；采掘工作面及其它作业地点风流中瓦斯浓度达到1%时，必须停止用电钻打眼；爆破地点附近20m以风流种的瓦斯浓度达到1%时，严禁爆破；采掘工作面及其它作业地点风流中、电动机或其开关安置地点附近20m 以风流中的瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止工作，切断电源。由此可见，解决瓦斯突出及爆炸问题，必须加强对瓦斯的监测监控。

我国从六十年代初就开始了对煤矿瓦斯监测技术的研究，一直到七十年代末，这方面的发展都很缓慢。当时最有代表性的产品为煤矿仪表厂生产的MJC-100煤矿集中监测系统和煤矿安全仪器厂生产的AYJ-1型瓦斯器遥测警报仪，MJC-100煤矿集中监控系统可以配置100个瓦斯传感器或其他类型的传感器，传输方式采用载波键控制传输，监测周期为100秒，可将煤矿井下瓦斯或其他信号远传到地面达10公里。由于当时所处的技