基于单片机的矿井环境监测系统设计毕业设计.doc

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1、陕西理工学院毕业设计基于单片机的矿井环境监测系统设计毕业设计目录1.绪论11.1研究背景与发展现状11.2研究主要内容12.方案选择22.1总体方案论述22.2方案一的论述22.2.1方案一的设计结构图22.2.2方案一的设计方法22.2.3方案一的优缺点32.3方案二的论述32.3.1方案二的设计结构图32.3.2方案二的设计方法42.3.3方案二的优缺点42.4方案的选择43.系统软件设计53.1系统流程分析53.2温湿度采集及处理函数73.3MQ-4甲烷浓度传感器以及A/D转换程序93.4NRF905无

2、线发送/中继/接收程序113.5OLED显示程序143.6报警程序与键盘控制程序144.硬件电路设计与调试174.1采集模块174.2A/D转换模块184.3单片机最小系统模块194.4OLED显示模块204.5NRF905无线模块214.6报警及键盘控制模块214.7电源模块224.8实现结果235.总结245.1问题与处理24陕西理工学院毕业设计5.2展望24致谢25参考文献26附录1电路原理图27附录2电路实物图28附录3元器件清单29附录4源程序代码30附录5外文翻译中英文对照54陕西理工学院毕业设计

3、1.绪论1.1研究背景与发展现状我国是世界上煤炭产量最高的国家。煤炭是我国使用的主要能源，每年煤炭占全年能源的使用量七成以上。我国煤炭资源丰富，而石油，天然气等资源匮乏的资源特点导致了煤炭将在未来的长时间内是我国最主要的能源来源[1]。近几年以来煤矿事故屡见不鲜，事故率仍不容乐观，保障煤矿安全生产对我过煤矿生产事业具有迫切需求。影响煤矿安全生产的因素复杂繁多，包含瓦斯爆炸、透水事故、顶板事故等[2]。而瓦斯浓度过高导致的爆炸事故危害最为严重。降低矿难的发生率就是提高了煤炭的生产效率[3]。瓦斯是多种易燃易爆气

4、体的总称，其主要成分是甲烷，它是在成煤过程中形成并大量贮存于煤层中的气体，浓度过高时会导致人缺氧、呼吸困难、窒息等。当它与空气混合的百分比达到3.5%到16%时，遇到明火就会发生爆炸，给国家和人民的生命财产造成巨大的损失[4]。所以，对瓦斯的浓度进行实时的检测和报警以及对其采取相应的控制措施在煤矿系统中有着非常现实的意义。我国瓦斯监测监控技术的研究工作起步较晚，国内第一台催化原理的瓦斯报警器是1958年出现，采用铂丝元件位传感器。1961年，由北京劳动保护研究所和和抚顺煤矿安全仪器厂协作开展了研究工作，于19

5、64年研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，接着制成了以这种元件位传感器的AQR-1型瓦斯测量仪。随着电子计算机技术的应用，一套监测系统除了能检测出甲烷的浓度外，还可测一氧化碳、氢气的浓度，同时又可以对井下设备的工作状态进行监控。当前我国矿井正在运行的瓦斯监控系统主要有三类：一是20世纪80年代初，从英、法、美、波兰等国家引进的一批安全监控系统，并通过消化和吸收研制出适用于我国煤矿实际情况的监控系统，由于当时技术水平低和维护跟不上等原因系统已面临更新改造的机遇；二是20世纪90年代后期，国内各主要科研单

6、位和生产厂家又相继推出了MSNM、WEBGIS、KJF2000等监控系统，但是整个系统的信息传输速率最高只能达到5000bps；三是21世纪以来，各个瓦斯监控系统生产厂家都在原有基础上推出了升级系统[5]。因此，根据我国的煤矿生产和管理模式，依照我国的有关技术标准，其技术的先进性、产品的可靠性和实用性则是本项目的关键所在，而且基于单片机的矿井瓦斯监测系统的研究和开发生产具有十分广泛的现实市场和潜在的市场需求。由于我国检测技术应用较晚，所以我国当前对瓦斯的检测设备还存在很多的问题，例如，检测设备的寿命周期短，易

7、受矿井不良坏境的影响并且会导致检测设备的工作性能不稳定、检测结果不准确，容易出现误报警等现象，维护周期短且费用高[5]。而单片机具有体积小，运行块、稳定、低廉等特点，所以基于单片机的矿井瓦斯检测系统设计是势在必行的。1.2研究主要内容利用单片机AT89C51作为核心控制器件，设计一种基于单片机的矿井环境监测系统，实现矿井环境的实时监测与报警，及时有效的反映矿井下环境指标，保障安全生产。要求通过对矿井下温度、湿度和瓦斯浓度进行信息采集，当各项指标低于或高出设定的安全值时，单片机将发出报警信号并指示报警的指标。安

8、全值可以人为调整。在此基础上，该设计系统还需要满足在矿井下复杂环境中仍能保持有效及时监测的能力。第62页共62页陕西理工学院毕业设计2.方案选择2.1总体方案论述矿井环境监测系统利用单片机AT89C51作为信息处理器和核心控制器件。系统利用温湿度传感器和瓦浓度传感器将采集到的矿井温湿度和瓦斯浓度经过处理传递给单片机，单片机将得到的信息发送到地面控制中心进行处理，判断是否超限，达到报警限度时单片机将发