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1、摘要煤矿安全事故是影响煤炭生产的主要问题。任何事物的发展都离不开科学技术，煤矿生产在征服各种自然灾害的过程中，更需要依靠科学技术。在长期的防治过程中，人们认识到，当事故发生时，立即报警，通知井下工作人员及时撤离和避灾，尤为重要。因此，针对矿下常见的安全事故，我们设计开发了该矿用本安型通讯声光信号器系统。该系统采用单片机微控制器及调制解调技术，采用单片微控制器及调制解调技术，仅需一条五芯信号电缆（不要急停功能只需四芯电缆），即能实现发出声、光信号、单工对讲、自动区分多水平、二级传送、红绿灯转换及信号闭锁等功能。可以对井下环境出现险情进行监控报警，还能对井下设备运转情况进行监控报警，使地面调度人员
2、及时掌握井下情况，及时处理险情，为井下工作人员及时避灾和撤离争取了时间。能有效避免安全事故的发生以及减除事故发生时对煤矿本身和工作人员造成的灾难性影响。对煤矿的发展具有重要意义。关键词： 单片机；调制解调；单工对讲ABSTRACTCoal mine safety accidents are the main problems of coal production.Development of anything can not do without science and technology, coal production in the conquest of the process of
3、natural disasters, but also need to rely on science and technology. In the long-term prevention and treatment process, it is recognized that, when the accident occurs, call the police, informed and timely evacuation of mine personnel and disaster prevention, especially important. Therefore, under th
4、e common safety for mine accidents, we designed and developed the mine with the intrinsically safe communication system of sound and light signaling devices. The system uses a single chip microcontroller and modem technology, the use of single-chip micro-controller and modem technology, only a five-
5、pin signal cable (not just a four-core cable emergency stop function), which is issued to achieve the sound optical signal, simplex intercom, auto-division multiple levels, secondary transmission, conversion and signal blocking traffic lights and other functions. Dangerous situation on the undergrou
6、nd environment can be monitored alarm, but also on the downhole equipment to monitor the functioning of the alarm, grasp the ground dispatchers downhole conditions, the timely processing of danger, in time for the mine workers for disaster prevention and evacuation time. Can effectively avoid the oc
7、currence of accidents, and less coal mine when the accident itself and the devastating effects of the staff. The development of the mine is important. Keywords: microcontroller; modulation and demodulation; Single Intercom目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 本课题的研究现状及发展前景11.2 本课题研究背景及意义31.3 研究的主要内容及要求42总体方案设计72.
8、1.总体设计思路72.2总体框图92.3主控模块93核心芯片AT89C2051及相关实现功能介绍113.1 AT89C2051单片机的结构113.2AT89C2051的管脚说明123.3 AT89C2051功能特性概述143.4振荡特性153.5AT89C2051单片机的时钟153.6 AT89C2051单片机的复位173.7芯片擦除184系统硬件设计204.1音频信号发送电路204.2音频信号放大电路234.3音频信号译码电路254.4音频信号接收单元294.5显示电路324.6复位及看门狗电路335系统电源模块设计375.1 稳压电源的性能指标375.2 线性稳压电源385.3线性直流稳压
9、电路456 统软件模块设计516.1 软件实现的总框图516.2按键处理程序流程图526.3安全灯转换流程图536.4 中断服务程序流程图54参考文献55致谢56附录A 外文翻译57附录B 程序63附录C 主板电路图75附录D 电源板电路图761 绪论1.1 本课题的研究现状及发展前景随着采煤技术的不断发展，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，每年由于瓦斯泄漏造成的特大事故依然很多。为了避免人为因素造成爆炸事故的发生，开发研究出了自动监控井下系统机械故障和瓦斯氧气浓度报警器。
10、实现自动监控功能，该设备还具有强迫显示报警参数和动态显示节能功能，并能方便地观测井下情况，是一种新型的煤矿安全监控设备。煤矿安全检测仪器是随着煤炭工业发展而发展的，由于采矿工业一开始就伴随着与煤矿事故的斗争，因此很早就出现了煤矿安全检测的仪器。1815年，当时工业最发达的英国发明了第一项安全仪器安全灯：它是利用火焰的高度测量瓦斯的浓度，由于安全灯的构造简单，性能稳定，一百多年来一直被沿用下来，至今人在许多国家使用。据最早文献记载，1943年以前美国已制成VCC通讯声光信号器，后来日本经过改进制成最早的载体催化元件并利用这种原件制成北辰型瓦斯指示器。这应该就是矿用本安型通讯声光信号器的雏形。据文
11、献介绍，美国安全仪器主要制造厂MSA公司研制了多参数检测系统并取得了成果。整个系统由计算机控制，可监测数百到数千个工作点的环境参数，井下有数字显示和报警装置，地面调度室有屏幕显示和记录。英国Sieger公司研制的CMC1型监控系统采用井上直接供电系统，保证切断井下电源后仪器仍能正常运作。波兰1988年以后主要发展的DRS4系统是一种新型的煤矿安全监控设备，可以是报警更准确，更及时，继而促进煤炭企业加大安全投入，有效遏制事故发生从而降低了整个行业的风险程度。相比较其他发达国家而言，我国对本安型通讯声光信号器的研究起步较晚。1961年由北京劳动保护研究所和抚顺煤矿安全仪器厂协作开展了研究工作。19
12、64年研制出我国第一个达到实用水平的载体催化元件，接着制成了以这种原件喂传感器的AQR-1型瓦斯测量仪。在此以后，湖南、四川、上海、西安等地也相继开展了这类传感器的研究工作。1973年重庆煤矿安全仪器厂等五个单位协作研究，在前段工作的基础上改进配方和工艺，提高原件的稳定性，与1975年研制成长期连续监控瓦斯的AJY1型遥感报警仪，随后国内各个矿冶研究所相继研制出ABD1型断电报警仪，AQD1型采煤断电控制仪等。1974年3月到1975年1月，煤炭部曾组织大规模的技术攻关，大大推动了声光传感器的研究与发展。我国在1996年时，煤炭部组织进行了全国元件主要生产厂的元件性能检测，各单位送检的元件都是
13、本单位测试合格的元件，但是由煤炭部规定的元件零点变化和灵敏度变化量的技术规范指标与英国Sieger公司SG11的元件进行比较后，反映出我国目前的元件生产仍然处于一般水品。此后国内一直在提高元件稳定性和进一步提高元件寿命方面深入研究。而近年，我国科研工作人员一直针对传感器元件长时间工作时存在零点漂移和灵命度变化，影响检测系统可靠性的现象，致力于改进和提高传感器的稳定性，并且取得了重大的跨越式进展。总体上看，国内外的智能报警系统都在不断进行着跟新。而由安全问题引起爆炸的事故一直居高不下，以至于煤矿对监控系统的需求也越来越大，据中国煤炭报统计，全国共有大小煤矿60000多个，从业矿工800多万。根据
14、煤矿三班作业的实际情况，目前至少需要300万个报警器，可见其市场之广阔。但由于某些技术上的不足，导致一些关键问题没有能够解决。由于安全事故的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此对安全事故的检测和报警是一项必要的工作。由于传感器是获取信息的工具，是信息技术的三大支柱之一，位于信息系统的最前端，其特性的好坏，输出信息的可靠性对整个系统稳定运行至关重要，因此我国一直把发展智能化传感器作为研究课题，通入大量人力物力精心研究，相继取得了许多重大成果。当前国内批量生产的报警仪有十几种，然而现场并不能满足目前原件已达到的性能指标，迫切需要提供更好的性能更稳定的声光信号传感器。1.2 本课题研究背景及意
15、义煤矿安全事故是影响煤炭生产的主要问题。世界上大多数采煤国家都曾发生过一次死亡50人以上的特大煤矿安全事故，损失惨重。煤矿安全事故从本质上来说都是可以从科技的角度加以预防和避免的。近年来，随着煤矿现代化建设的快速发展，特别是综合采煤机械化程度的提高以及高新技术的应用，重大、特大瓦斯、煤尘爆炸事故得到有效控制，安全状况得到明显好转。但从全国煤矿各类事故分析中可以看出，煤矿安全事故仍然是制约煤矿发展的一个关键因素。任何事物的发展都离不开科学技术，煤矿生产在征服各种自然灾害的过程中，更需要依靠科学技术。在长期的防治过程中，人们认识到，当事故发生时，立即报警，通知井下工作人员及时撤离和避灾，尤为重要。因此，针对矿下常见的安全事故，我们设计开发了该系统。该系统可以对井下环境出现险情进行监控报警，还能对井下设备运转情况进行监控报警，当井下某处突发安全故障时，地面调度室监控电脑就能根据该信号器传递的信号显示危险地点报警信号。使地面调度人员及时掌握井下情况，及时处理险情，为井下工作人员及时避灾和撤离争取了时间。能有效避免安全事故的发生以及减除事故发生时对煤矿本身和工作人员造成的灾难性影响。对煤矿的发展具有重要意义1.3 研究的主要内容及要求矿用本安型通讯声光信号器是在皮带运输巷和提升机运输
