综合课程设计--基于单片机的瓦斯监测仪的设计

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1、目 次 - I - 综综 合合 课课 程程 设设 计计 设计说明书设计说明书 班班 级：级： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 电气工程学院 2011 年 12 月 28 日 目 次 - II - 综合课程设计成绩评定表 设 计 题 目 煤矿瓦斯监测系统设计 姓 名 班级 08 测控 1 班 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。

2、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 - III - 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

3、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 - 1 - 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

4、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。为了适应现代社会煤矿安全的要求, 针对我国中小型煤矿特别是小型 煤矿存在的隐患问题, 现代化的、小型的、价格低廉的煤矿安全监测系统的研制势在 必行, 它的研制在煤矿安全方面具有举足轻重的作用, 所以设计一种低成本煤矿瓦斯 监测系统是适应我国许多中小型煤矿需求的。 煤矿瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体的总称。有时也 单独指甲烷。瓦斯在空气的体积分数达到一定的程度（5%12%）时，在一定条件下 可与空气中的氧气发生剧烈的化学反应而形成瓦斯爆炸，对煤矿安全构成严重威胁。 传统的煤矿瓦斯监控系统大体可以分为

5、两大部分：井下部分和井上部分。井下部 分主要通过各种检测设备（各种传感器，如风量传感器、负压（压力）传感器、一氧 化碳传感器和矿用设备开停传感器等）来采集井下各种气体的浓度与含量、井下空气 状况、设备的运转情况等数据，然后通过现场总线将数据传输到井上。在井上，井下 传上来的数据通过专线与煤矿安全管理办公室服务器和更高一级安全主管部门服务器 连接。服务器上面运行的是监控软件。上面有井下每一个传感器的标签，所显示的数 据通过上传数据的改变而不断刷新。同时，监控软件还可以对这些数据进行汇总、处 理、分析和存档，可以作为相关负责人员决策的重要依据。并且监控软件具有超标自 动报警功能，用来提示工作人员对

6、设备的故障或现场瓦斯浓度情况，以及时采取措 施，避免重大事件的发生。 煤矿瓦斯监控系统系统的意义不言而喻。以山西省为例，近几年，特别是 2006 年以来，山西省煤炭系统在党和各级政府及安全部门的重视下，全省煤矿信息化工作 有了新发展，取得了新成绩。特别是由瓦斯监测监控系统建设所形成的全省煤矿四级 信息网络平台，是计算机网络及信息技术用于瓦斯安全治理的一项创举，极大的促进 了山西煤炭信息化工作。山西省地方煤矿现有 2806 座矿井全部安装了瓦斯监测监控 系统，已连网运行 2671 座。这些系统的运用，极大的降低了煤矿瓦斯事故。 我设计的是基于单片机的井下瓦斯浓度智能传感器，该系统以单片机 AT87C552 为核心，包含甲烷浓度采样器、把 220V 的交流电转换成 5V 的直流电源、红外遥控系 统、存储器的扩展、LCD 显示器和报警装置等组成。该传感器可以有效的监测井下低 浓及高浓瓦斯，试用范围非常广泛。监测到的信息传输到单片机，经单片机处理后发 - 2 - 出指令，如果瓦斯超过规定值，该系统可以立即发出声光报警并自动发出执行指令以 降低瓦