（冶金行业）矿山机电班王燕.

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1、（冶金行业）矿山机电班王燕 毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：煤矿瓦斯监控系统的设计与实现 姓 名： 王燕 学 号： 20102000694平顶山工业职业技术学院2013 年 5 月 20日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 王燕 专业班级 矿山机电（主方向）一班 任 务 下 达 日 期 2013 年 3 月 4 日设计（论文）开始日期 2013 年 3 月 11 日设计（论文）完成日期 2013 年 5 月 20 日设计（论文）题目： 煤矿瓦斯监控系统的设计与实现 指 导 教 师 马强 系（部）主 任 郭宗跃 2013 年 5 月 20 日平顶山工业职业

2、技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 系 矿山机电（主方向） 专业，学生 王燕 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 煤矿瓦斯监控系统的设计与实现 专题（论文）题目： 煤矿瓦斯监控系统的设计与实现 指导老师： 马强 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 王燕 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， 。平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 王燕 专业班级 矿山机电（主方向）一班 年级

3、 10级 毕业设计（论文）题目： 煤矿瓦斯监控系统的设计与实现 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘要煤炭是我国的主要能源，煤矿安全生产中有很多重大危险源，其中瓦斯安全事故频发，如何预防瓦斯灾害的发生，保障煤矿安全生产，一直是广大煤炭科技工作者研究的重要课题。随着煤矿大型工作面及巷道的产生，瓦斯传感器和分站的传输距离拉长，同时开采深度不断的增加，使瓦斯变化越发无常，这就给煤矿瓦斯监控带来了新的问题:如何能够有效的检测现场信号;如何进行远距离传输、实时处理;如何确保系统的稳定性等。本文针对上述问题进行研究，应

4、用计算机技术、单片机技术和通讯技术，开发出了“煤矿瓦斯安全监控系统”，较好的解决了煤矿瓦斯监控系统中的这些问题。论文的主要工作如下:以AT89552单片机作为硬件电路核心，研制煤矿瓦斯(CH4)监测系统，开发出实现对CH4的识别、浓度监测、阀值报警以及实时上传数据至地面监控PC，通过串口通讯软件界面显示。论文首先阐述了CH4监测系统的发展及现状，通过对无火焰燃烧式CH4传感器的原理分析确立了系统的研发方向;接着介绍了监测系统的设计要求，由于煤矿井下工作环境特殊，空间狭窄，湿度大，有易燃易爆的瓦斯和煤尘，所以，煤矿电气设备必须符合防爆要求，应有接地、过流、漏电保护装置。在此基础上，详细论述了瓦斯

5、气体监测系统的硬件电路设计与系统软件设计及实用分析。本课题采用具有较高性价比的单片机AT89552构成煤矿气体监测系统的核心部分，根据气体传感器测量的信号，实现对CH4的成分识别和浓度测量;使用按键面板输入外部命令;采用ATMEL公司的 DataFlash存储器AT24C02存储设定的参数及大_量的测量数据;采用RS一485协议，实现数据远传，由地面串口通讯软件接收处理。串口通讯软件对单片机而言意义重大，不但可以实现将单片机的数据传输到电脑端，而且能实现电脑对单片机的控制。关键词：瓦斯 监控系统 传感器 控制目录摘要1目录2第一章 瓦斯简介41.1瓦斯气体简介41.2煤矿瓦斯监测系统概述41.

6、3传感器简述91.4瓦斯断电装置101.5本课题研究的意义11第二章 瓦斯传感器原理122.1催化燃烧式122.2光学式152.3热导式152.4半导体气敏原件.162.5瓦斯检测新技术17第三章 煤矿瓦斯监测系统的设计与实现203.1系统原理框图203.2系统的特点及主要功能203.3系统硬件设计213.3.1系统电源213.3.2模数转换芯片AD7810的原理及应用233.3.3 MAX7219显示电路263.3.4 I2C总线接口电路293.3.5看门狗硬件电路333.4系统软件设计343.5电话自动监控瓦斯氧气报警器的研究与开发35第四章 总结与展望394.1研究工作总结394.2研究

7、工作展望39参考文献41致谢42第一章 瓦斯简介1.1瓦斯气体简介1.瓦斯性质及瓦斯参数测定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，有时单独指甲烷。瓦斯是一种无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，难溶于水，扩散性较空气高。瓦斯无毒，但浓度很高时，会引起窒息。 瓦斯在煤层中的赋存形式主要有两种状态：在渗透空间内的瓦斯主要呈自由气态，称为游离瓦斯或自由瓦斯，这种状态的瓦斯服从理想气体状态方程；另一种称为吸附瓦斯，它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒内部，占据着煤分子结构的空位或煤分子之间的空间。2.瓦斯爆炸当空气中瓦斯含量为5%16%时，遇火会引起爆炸，造成事故。矿井瓦斯不助燃，

8、但它与空气混合成一定浓度后，遇火能燃烧、爆炸。瓦斯爆炸时会产生3个致命的因素：爆炸火焰、爆炸冲击波和有毒有害气体。瓦斯爆炸不仅造成大量的人员伤亡，而且还会严重摧毁矿井设施、中断生产。矿井瓦斯爆炸往往引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷坍塌和顶板冒落等二次灾害。引起瓦斯燃烧与爆炸必须具备3个条件：一定浓度的甲烷、一定温度的引火源和足够的氧气。1.2煤矿瓦斯监测系统概述煤矿安全监测系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。世界各主要产煤国对此都十分重视，研制、生产和推广使用了环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率

9、和设备利用率，增强了矿山安全。由于煤矿井下是一个特殊的工作环境，有瓦斯（主要成份是甲烷）等易燃、易爆性气体，有硫化氢等腐蚀性气体，有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大，电磁干扰严重、电网电压波动大、工作场所分散且距离远。因此，矿井监控系统不同于一般工业监控系统。这主要体现在电气防爆、传输距离远、网络结构宜采用树形结构、监控对象变化缓慢、电网电压波动适应能力强、抗干扰能力强、抗故障能力强，不宜采用中继器、传感器宜采用远程供电、设备外壳防护性能要求高等方面。因此，一般工业监控原理和技术难以直接运用到矿井监控系统中。因此，有必要借鉴一般工业监控原理和先进技术，针对矿井监控的特殊性，进行矿井监控理论和系

10、统的研究，这对于促进矿井监控理论和技术发展、促进产品标准化与通用化，降低设备成本、提高系统可靠性、保障煤炭高产、高效安全生产，具有重大的理论意义和实用价值。同时，对石油、化工等爆炸性环境和其它矿井监控具有参考价值。一国内外瓦斯监控系统的发展从1960年开始，随着微型计算机技术、通信技术的发展，国外煤矿安全检测已经不单单是自动检测矿井瓦斯浓度参数，而是集多种安全状态参数于一体的检测技术，是传感器技术、半导体材料技术以及通信技术的综合产品。从技术特性来看，其信息传输是靠空分制，即一个测点信号靠一对电缆来传输。其中最具代表性的是20世纪60年代中期法国的CCT6340煤矿环境监测系统，它可测量瓦斯、

11、一氧化碳、风速、温度等参数，最多测40个点。我国催化型瓦斯传感器的研究工作，最早出现于1958年的山西省，它采用纯铂丝元件为传感器，后经多方协作研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，随后研制成功以这种元件为传感器的AQR-1型瓦斯测量仪。到了1973年，重庆煤矿安全仪器厂等5家单位协作，研制成功了长期连续监测瓦斯的AYJ-1型瓦斯遥测仪，随后又有ABD-1型瓦斯断电报警仪、AQD-1型采煤机瓦斯断电控制仪等产品出现，我国催化型矿井瓦斯检测仪器的品种逐渐丰富起来 。同时，在20世纪70年代，我国煤矿已经采用了多种载波传输技术和模拟显示进行环境参数和机械状态的监测，用电话来指挥生产。随着改革开放的国策出台，我国开始引进了波兰CMM安全监测系统、英国的MINOS系统、美国的DAN系统和联邦德国的TE-200系统。到了80年代，随着引进消化并进一步实现“国产化”，创造了一系列适合我国煤矿条件的监测监控系统。到了90年代，我国先后研制出了KJ2、KJ4、KJ8、KJ13、KL19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80等煤矿安全监测监控系统。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KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4、KJ2000和KJG2000