煤矿瓦斯监测仪设计

I辽宁工业大学单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：煤矿瓦斯监测仪设计院（系）：新能源学院专业班级：光伏应用技术131学号：131806004学生姓名：曲善民指导教师：（签字）起止时间：2016.06.20-2016.7.3本科生课程设计（论文）II注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号131806004学生姓名曲善民专业班级电气131课程设计（论文）题目煤矿瓦斯监测仪设计课程设计（论文）任务该检测仪实时监测煤矿的瓦斯，当瓦斯浓度超过阈值时发出报警信号，并启动输出相应的开关量信号，可以启动排风设备，检测仪由AC220V供电。设计任务：1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2.传感器选择及瓦斯检测接口电路设计3.报警电路以及工作电源设计4．程序流程图设计及.程序清单编写技术参数：1．瓦斯浓度上限为3%2．检测仪的工作电源为220V设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD转换器、输出电路等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度计划第1天查阅收集资料第2天总体设计方案的确定第3-4天CPU最小系统设计第5天传感器选择及瓦斯检测接口电路设计第6天报警电路以及工作电源设计第7天程序流程图设计第8天软件编写与调试第9天设计说明书完成第10天答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）III摘要能源工业是国家经济发展的命脉，近年来，随着石油资源的紧张、石油价格的腾升，煤炭行业的重要地位和不可替代性也日益显现。然而，中国煤炭行业的安全生产形势却不容乐观，尤其是重、特大伤亡事故屡见报端。在这些事故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。这其中，固然有很多诱发因素，但各煤矿生产企业安全监测设备不完备、管理手段落后是造成事故频发的重要原因之一。该传感器以89C51单片机为核心，实现对瓦斯的检测、报警和控制，安全可靠，经久耐用，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，为我国煤炭事业做出贡献。关键词：煤矿事故；传感器；89C51本科生课程设计（论文）IV目录第1章绪论..........................................................11.1瓦斯监测仪概况...............................................11.2本文研究内容.................................................1第2章CPU最小系统设计..............................................32.1瓦斯监测仪总体设计方案.......................................32.2CPU的选择....................................................32.3数据存储器扩展...............................................52.4时钟电路设计.................................................62.5复位电路设计.................................................72.6CPU最小系统图................................................8第3章瓦斯监测仪输入输出接口电路设计................................93.1瓦斯监测仪传感器的选择.......................................93.1.1敏感元件的组成及作用........................................................................93.1.2热催化原件的特性................................................................................93.2小信号放大电路..............................................123.3瓦斯监测仪检测接口电路设计..................................123.3.1A/D转换器选择....................................................................................123.3.2模拟量检测接口电路图......................................................................143.4瓦斯监测仪输出接口电路设计..................................14第4章瓦斯监测仪软件设计...........................................164.1软件实现功能综述............................................164.1.1主程序流程图设计..............................................................................164.1.2模拟量检测流程图设计......................................................................174.1.3报警装置流程图设计..........................................................................174.2程序清单....................................................18第5章系统设计与分析...............................................215.1系统原理图..................................................215.2系统原理综述................................................22本科生课程设计（论文）V第6章课程设计总结.................................................23参考文献............................................................24本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1瓦斯监测仪概况我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出一系列监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维修维护的必要，系统面临更新改造的机遇。随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了一系列监控系统，以及一些煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。因此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。瓦斯安全监测监控系统是传感器技术、信息传输技术、计算机应用技术、电气防爆技术和控制技术等多种技术在矿井安全生产监控领域应用的产物，对保障煤矿安全生产，提高生产效率和机电设备的利用率都具有十分重要的作用。矿井安全监控系统一般由三部分组成:①中心站(包括应用软件、计算机及外围设备)；②信息传输装置(包括传输接口、分站、传输线、接线盒等)；③传感器和执行装置。具体来讲，煤矿安全监控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控制，用计算机分析处理并取得数据的一种系统。安全监控系统可以为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数动态信息，为指挥生产提供及时的现场资料和信息，便于提前采取防范措施。另外通过对被测参数的比较和分析，系统可以实现自动报警、断电和闭锁，便于制止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材，提供决策信息。本科生课程设计（论文）21.2本文研究内容该检测仪实时监测煤矿的瓦斯，当瓦斯浓度超过阈值时发出报警信号，并启动输出相应的开关量信号，可以启动排风设备，检测仪由AC220V供电。本设计主要设计内容是：1.CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2.传感器选择及瓦斯检测接口电路设计3.报警电路以及工作电源设计4．程序流程图设计及.程序清单编写本科生课程设计（论文）3第2章CPU最小系统设计2.1瓦斯监测仪总体设计方案图2.1瓦斯监测仪原理框图在催化元件电源端加上一正电压，使催化元件开始工作，输出与甲烷浓度相对应的电压信号，此电压经过放大电路放大后，送到A/D转换，A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号送入CPU,CPU对采样值进行数值计算，处理后，驱动显示器显示出被测气体中的甲烷浓度值，若被测气体中甲烷浓度超过报警电路预定的数值时，报警电路即发出声、光报警信号，并启动输出相应的开关量信号，可以启动排风设备，检测仪由AC220V供电。2.2CPU的选择CPU是监控报警仪的核心，完成数据采集、处理、输出、显示等功能,是整个仪器正常工作的基础，它的选择直接关系到整个系统的工作。选择通用性强、功耗小、性能稳定良好的8位CMOS微处理器芯片AT89C51，它与常用MCS-51型单片机兼容，工作电压为2.7V～6.OV,具有32条可编程I/O端口，3个16位定时计数器，256×8位内部RAM,内带8K字节快闪EEPROM的特点，大大简化了电路的设计。引脚图如图：催化元件小信号放大电路A/D转换CPU报警电路本科生课程设计（论文）4EA/VPP31X119X218RESET9INT012INT113T0、P3.414T1、P3.515P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728RD、P3.717WR、P3.616PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40VSS2089C51..图2.289C51引脚图部分引脚功能说明：RST：AT89C51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内