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1、. . . 测控技术与仪器专业综 合 课 程 设 计设计说明书班 级：12表2学 号：0姓 名：王志远指导教师：电气工程学院年 月 日电气工程学院综合课程设计成绩评定表设 计 题 目矿井瓦斯浓度实时检测报警系统设计姓 名王志远班级12表2答辩小组成员（职称）：龚瑞昆（教授）、湧涛（教授）、延军（副教授）说明书主要容：随着采矿技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。为避免人为因素造成爆炸事故的发生，开发研制出自动监控瓦斯气体的
2、报警器。本课题设计的是用单片机控制瓦斯浓度报警监控仪，综合运用瓦斯浓度实时检测方法、信号采集与传输原理、8031单片机及外围设备设计矿井瓦斯浓度实时检测报警系统。其中8031单片机为核心，通过气体传感器检测瓦斯浓度，经由AD转换送人单片机，并且实时显示瓦斯浓度。通过对瓦斯浓度设定，当矿井中的瓦斯气体浓度达到一定数值的时候及时发出报警信息。评定成绩： 答辩小组组长： 年 月 日目录引言.11文献综述.21.1本课题的研究背景及意义.21.2国外发展概况及研究方向.32总体设计方案.42.1系统概述.42.2系统框图.42.3工作原理.53具体实施方案.63.1瓦斯气体检测电路.63.2中心控制模
3、块.73.2.18031引脚功能.83.2.28031程序存储器.93.2.38031数据存储器.103.3AD模数转换.113.4系统检测结果的显示.133.5数据通信.163.5报警电路.173.6看门狗.17参考文献.18引言能源工业是一个国家经济发展的命脉。近年来，随着石油价格的飙升，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形势却不容乐观，尤其是重、特大煤矿事故屡见报端。随着我国经济的发展，能源的需求量大大增加，刺激了煤炭产业的发展。但是由于井下环境恶劣，近年来，我国煤矿瓦斯爆炸事件频繁发生，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等灾害，严重威胁着煤矿的安全生产和数百万名矿工
4、的生命安全，给人民生活和国家经济建设带来巨大影响。在这些事故中，瓦斯爆炸占绝大多数。这其中，固然有很多诱发因素，但是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的重要因素之一。 目前，我国所有煤矿均为瓦斯矿井。瓦斯灾害已成为制约我国煤矿安全生产和煤炭工业发展的重要因素。这从一个侧面告诉人们，在我国，只要控制住瓦斯，就可有效减少煤矿事故。 多年来的实践证明，煤矿瓦斯监测监控系统是控制瓦斯事故的重要管理工具，它不仅能够准确地检测甲烷含量,当被测气体中甲烷浓度超过预定数值时,自动发出报警，提醒井下人员立刻离开。使煤矿采取有针对性的防措施，还可立即切断危险区域的电源，避免事故发生。近年来，国
5、有重点煤矿瓦斯爆炸事故较少的原因之一，就是绝大多数煤矿的高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井安装了瓦斯监测监控系统。所以，设计开发瓦斯浓度实时监测系统是非常有必要的，它能在瓦斯超限时或在矿井中缺少氧气并低于报警限时进行声光报警，并且可以远程显示，告知井下瓦斯和氧气超限的实际情况，使安全局主要负责人对矿主、安检员、某些矿的负责人进行监管，督促他们认真贯彻煤矿安全规程，实现自动监管功能，进而更好的促进工业的发展。1文献综述1.1本课题的研究背景及意义 本课题的研究背景及意义从我国煤炭生产的现状及我国能源结构战略规划均可看出，在本世纪中叶以前，煤炭仍将是支持我国国民经济发展的主要能源。煤炭生产作为我国能源工业的
6、支柱,其地位将是长期的，稳定的。但是，目前煤炭工业的安全生产状况却很差，其中之一便是有害气体的危害性，包括CH4，瓦斯，SO2等。瓦斯(CH4)是煤矿井下危害最大的气体，它是在成煤过程中形成并大量贮存于煤层之中的气体，无色、无味，有易燃、易爆等特点。瓦斯的危害主要表现为三个方面：第一、瓦斯浓度过高，对工人身体健康造成伤害，表现为缺氧，呼吸困难，窒息等；第二、瓦斯煤尘爆炸，瓦斯爆炸所产生的巨大冲击波和高温火焰，往往导致群死群伤，而且扬起的煤尘又会参与爆炸，摧毁巷道，毁坏设备，甚至毁灭整个矿井，给国家和人民生命财产造成巨大损失。第三、大量的瓦斯排入大气，污染大气环境。 目前我国已经使用的瓦斯报警矿
7、灯具有体积小、结构简单、安装方便等优点，但存在的问题是传感器漂移大，要定期维护，并且需要维护的周期很短；维护方法复杂，成本较高，抗机械干扰能力较差。为了解决这些问题，本课题在分析模拟式瓦斯报警器特点的基础上，充分利用51单片机的强大功能，对瓦斯浓度进行实时采集、数据处理，对瓦斯传感器进行实时自校零、非线性补偿，对提高瓦斯检测的可靠性和系统的性价比具有十分重要的意义。1.2国外发展概况及研究方向 仪器不断更新。其类型根据监测对象可分为可燃性气体监测仪，毒性气体监测仪和氧气监测仪等；从仪器结构和方法上分为袖珍式，便携式和固定式。袖珍式仪器的采样方法为扩散式，用于在危险环境中的工作人员随身携带；便携式仪器采样方法为泵吸式，用于监测人员定期安检；固定式仪器用于煤矿井下固定地点气体监测。 世界各国均有煤矿瓦斯气体监测的系统，如波兰的DAN6400、法国的TF200、德国的MINOS和英国的Senturion-200等，其中全矿井综合监测控制系统有代表性的产品有美国公司生产的MSN系统，德国BEBRO公司的PROMOS系统。但是这两种系统只是基于井下监测，并无数据上传，不能实现智能化监控。 国外的监控系统技术虽然高于国发展水平，但应用于国煤矿尚有一定的局限性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高等。因此，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定的参考价值。 我国监测监控技术
