基于单片机的瓦斯监测仪的设计本科毕业设计说明书

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1、本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书基于单片机的井下瓦斯浓度智能传感器的设计基于单片机的井下瓦斯浓度智能传感器的设计BASED ON THE UNDERGROUND GAS DENSITY SINGLE-CHIP MICROCOMPUTER INTELLIGENT SENSE ORQAN DESIGN学 院： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 年 月 日安徽理工大学毕业设计II* * * *毕业设计（论文）开题报告题 目 基于单片机的矿井瓦斯检测系统设计学生姓名学 号院 (系)专 业指导教师报告日期2013年1月4日安徽理工大学毕业设计III毕业设计（论文）题目基于单片机的矿井瓦斯检测系统设

2、计设计论文其它题目类别（请在有关项目 下作记号）题目需要在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成是 否毕业设计（论文）起止时 间2012 年 12 月 10 日 起至 2013 年 5 月 19 日（共 16 周）1.课题研究的意义 随着我国经济的快速发展，煤炭的消费量持续增长，特别是近几年，煤炭的价格在不断提升，对煤炭的产量提出了更高的要求。但是，在实际的煤炭生产中，矿难事故不断发生。我国煤炭生产中每年的矿难死亡人数近万人，因此，我们不得不将更多的注意力放到煤炭生产的安全方面。矿难的原因有多种多样，其中由于瓦斯而引起的矿难事故占到了相当大的一部分。瓦斯是多种易燃易爆气体的总称，其主要

3、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。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。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。考虑到现代单片机的体积小、集成度高、速度快、稳定性好、价格低且应用领域广等特点

4、，所以基于单片机的矿井瓦斯检测系统设计是势在必行的。本设计中是以 AT89S52 单片机作为硬件电路核心开发出一种操作简单的检测系统来实现对甲烷的识别、浓度监测、阈值报警以及浓度显示，为更好的防御和减少由于瓦斯而引起的矿难事故。AT89S52不仅具有 AT89C51 的全部功能，而且还增加了高可靠性、安全性的功能。从经济的角度来看，AT89S52 不但硬件结构简单，并且价格低、功能强、性价比高，符合我国工业设计制造的要求。2.国内外的发展状况2.1 在国外的发展状况在国外的发展状况世界各国均有煤矿瓦斯监测系统，如法国的 TF200、德国的 MINOS、英国的Senturion-200、美国的

5、HIMASS 等。国外的监控系统技术理论上讲高于国内的发展水平，但要用于国内的煤矿生产中还有一定的局限性，我们可在技术上借鉴和参考。安徽理工大学毕业设计IV1815 年，当时工业最发达的英国发明了安全灯，它是利用火焰的高度测量瓦斯的浓度。1897 年瑞典造出了第一台容积压力式瓦斯浓度测量仪。随着矿井开采深度的增大和仪表工业及电子技术的发展，矿井通风安全仪器也得到了不断的发展，1927 年日本制造出光干涉原理甲烷检定器，此后又陆续出现热催化、热导原理、气敏半导体等各种不同原理的甲烷检定器，其测量精度不断提高，检测方式从“间断”、 “就地”检测发展到“连续”、 “集中自动”遥测。1961 年以后，

6、前苏联、英、法、美、日、德等国家对其进行改进研究，并从此作为瓦斯检测的主要工作方向。2.2 在国内的发展状况在国内的发展状况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 1964 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。煤炭科学研究总院重庆研究院的KJ90

7、NB 系统、镇江中煤电子有限公司的 KJ101N 系统、煤炭科学研究总院沈阳研究院的 KJ333 系统、天地科技股份公司常州自动化分公司的 KJ95N 系统在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿瓦斯监控系统的技术水平。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，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了 MSNM、W

8、EBGIS、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。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。3.课题的主要内容本设计利用AT89S52单片机作为硬件电路的核心，结合外围元件设计出煤矿瓦斯监测系统，实现对甲烷的识别、浓度监测以及浓度显示。整个硬件电路采用Protel画出，软件运用C语言编写，编译环境为KeilC51

9、，并利用Proteus软件对系统进行仿真分析,补充实现系统运行所要求的功能,然后动手制作设计。最后总结设计中所遇到的问题及其解决措施。安徽理工大学毕业设计V4.本课题的设计方案及步骤4.14.1 设计方案设计方案硬件方面，本设计采用 ATMEL 公司生产的 AT89S52 单片机作为瓦斯监测系统的核心部件，运用单片机的内部的随机存储器和只读存储器及其引脚资源，外接显示设备，实现数据的处理传输和显示功能；气体通过甲烷传感器检测，将得到的数据与设定值比较处理后，输出控制量，达到对甲烷识别、浓度检测、阈值报警以及浓度显示的目的。因此，控制器的硬件主要由 AT89S52 单片机、键盘输入设定模块、显示

10、模块、数据采集模块和 A/D 转换等模块组成。此控制器的的软件方面就是通过 C 语言程序设计对 AT89S52 单片机进行控制，实现对甲烷的识别、浓度检测、阈值报警以及浓度显示。整个系统结构紧凑、简单可靠、操作灵活、功能强大、性能价格比高，较好的满足了现代煤矿开采的需要。系统整体框图如下图所示：AT89S52报警电路复位电路时钟电路AD 转换电路系统整体框图4.24.2 设计步骤设计步骤（1 1）对矿井瓦斯检测进行了大量的资料阅读和研究，包括其意义，国内外的发展状况等。（2 2）课题硬件的设计，选择 ATMEL 公司生产的 AT89S52 单片机和其它外围元件并分析它们的工作原理。（3 3）课

11、题软件电路的设计，包括甲烷的识别、浓度检测、浓度显示以及报警。（4 4）测试结果的分析以及总结。显示电路安徽理工大学毕业设计VI5.本课题的论文提纲第一部分 介绍基于 AT89S52 单片机的矿井瓦斯检测系统在现实煤矿生产中的重要性和矿井瓦斯检测系统在国内外的发展状况，及论文要完成的主要内容。第二部分 确定基于 AT89S52 单片机的矿井瓦斯检测系统的设计方案。第三部分 进行硬件设计。硬件设计包括 AT89S52 单片机，显示模块，键盘输入设定模块，报警模块，A/D 转换模块，甲烷传感器检测模块。第四部分 画出流程图并进行软件编程。第五部分 进行系统的调试，并分析结果。6.本课题的工作量估计

12、 6.1 完成方案完成方案 （1）搜集、整理资料利用图书馆，互联网查找各种资料，信息和相关视频。对所有收集到的资料认真的进行整理和筛选。（2）总体框架设计 对整理和筛选好的资料结合论文的目的，要求确定论文的框架。（3）撰写开题报告 （4）进行硬件设计利用 Protel 画出硬件电路图，以及 PCB 图。（5） 接受中期检查，进行软件设计根据硬件电路图编写软件程序，并用 Proteus 软件画出电路仿真图。（6）进行系统的调试，并分析结果。（7）仔细阅读初稿，对初稿进行修改。（8）完成毕业设计。6.2 拟定的工作进度（以周为单位）拟定的工作进度（以周为单位）第 1-3 周 接受任务，查阅并搜集相

13、关资料；第 4 周 整理资料，完成开题报告；第 5-8 周 完成硬件电路图设计及 PCB 图；第 9-11 周 绘制 Proteus 电路仿真图，接受中期检查；第 12-14 周 完成程序编写并进行仿真测试；第 15 周 与指导教师交流，反复修改毕业设计；第 16 周 完成毕业设计，形式审查。安徽理工大学毕业设计VII7.现存在的问题及拟采取的解决措施（1）对 AT89S52 单片机的工作原理和结构不熟悉。应对办法：找相关视频和资料学习，并向导师求助。（2）对软件的程序的编译环境不是很了解。应对办法：向指导老师和同学请教。（3）对单片机编写程序不太熟悉。应对办法：向指导老师请教，或者去图书馆借

14、单片机编程方面的相关书籍或资料，来完成程序的编写。（4）动手搭建硬件模型还不太熟练。应对办法：多加练习。（5）运用 C 语言编写程序还存在一定的问题。应对办法：找相关资料进行练习，或者向老师和同学请教。参考文献参考文献1武军伟,康健.基于 51 单片机的煤矿瓦斯监控系统研究J.煤炭技术,2012,32(2):103-105.2李鸿燕,张立毅.基于单片机控制的甲烷浓度报警监控仪电脑开发与应用J.2002,(8):29-30.3韩宁.基于 ARM 的嵌入式煤矿安全生产监控终端J.辽宁工程技术大学学报，2006,25（6）:168-171.4马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京:北京航空航

15、天大学出版社,2003.5万国峰.基于专家系统的煤矿安全监测监控系统J.计算机测量与控制，2008,16(10)：1424-1426.6王建校,王建国.51 系列单片机及 C51 程序设计M.北京:科学出版社,2002.7刘西青.论国内煤矿瓦斯监测系统现状与发展M.山西:煤炭出版社,2006.8杨居义.单片机原理与工程应用M.北京:清华大学出版社,2010.9孙育才.ATMEL 新型 AT89S52 系列单片机及其应用M.北京:清华大学出版社,2004.指导教师意见指导教师（签名）： 20 年 月 日安徽理工大学毕业设计VIII院 系意 见院系负责人（签名）： 20 年 月 日备 注安徽理工大学毕业设计IX基于单片机的井下瓦斯浓度智能传感器的设计摘要随着我国经济的快速发展，各行各业对煤炭的需求急剧增加，而各种矿难事故的发生，使得煤炭安全生产面临严峻的挑战。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。在文章里，我针对瓦斯的特点，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。同时采用声光报警系统，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。设计这种智能传感器采用闭环控制来确保采样的平稳。该传感器以 AT87C552 单片机为核心，实现对瓦