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1、摘要(Miracle)提供全套毕业论文图纸，欢迎咨询摘要随着煤炭技术的发展，煤炭开采量的不断增加，保证矿井下工作人员的安全是不可忽视的。那么，对矿井下各种环境条件进行监测，就能有效预防矿井事故的发生。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段。矿井环境的监测主要包括气体浓度（O2、CO等）、温度等，可以使用气体浓度传感器和温度传感器采集相关信息。论文首先介绍了选题的目的与意义、国内外的发展现状、课题的内容；之后完成系统模块各器件的选型，包括核心芯片的介绍、电源核心芯片TPS63031的介绍、KE-25氧气传感器的介绍；然
2、后说明了系统的硬件构成和软件设计，包括CC2430单片机外围电路设计、时钟部分设计、系统电源设计、氧气浓度监测；最后对系统的软件部分进行了设计，包括氧气浓度监测模块的实现、温度监测模块的实现、模数转换的过程和无线数据传输模块的实现。论文同时还对设计的整个过程进行了总结。关键词： CC2430； 氧气传感器； 温度传感器； 无线数据传输ABSTRACTABSTRACTWith the development of coal technologies, increasing the amount of coal mining, to ensure the safety of staff of th
3、e mine can not be ignored. So, for the mine to monitor various environmental conditions can effectively prevent the occurrence of mine accidents. In the information age, peoples social activities will mainly rely on the information resources development and acquisition, transmission and processing,
4、and the sensor is to obtain information in the field of major natural ways and means. The principal environmental monitoring mine gas concentration (O2, CO, etc.), temperature, etc., may be used gas concentration sensor and a temperature sensor to collect information.Firstly, introduces the purpose
5、and significance of the topic, development status at home and abroad, the subject of the content; after the completion of the selection system modules each device, including who introduced core chip, chip TPS63031s power core, KE-25 oxygen sensor introduction, PT100 temperature sensor introduced; th
6、en explains hardware configuration and software design of the system, including CC2430 single-chip peripheral circuit design, the clock part of the design, the system power supply design, oxygen concentration monitoring; and finally the software part of the system has been designed, including oxygen
7、 achieve concentration monitoring module for temperature monitoring module, to achieve analog to digital conversion process, and wireless data transmission module.Paper but also on the entire design process are summarized.Keywords: CC2430; oxygen sensor; temperature sensor; wireless data transmissio
8、n目录目 录1 绪论11.1 选题的目的与意义11.2 国内外现状与发展21.3 课题主要研究内容42 系统模块各器件选型52.1 核心芯片的介绍52.1.1 CC2430简介52.1.2 ZigBee技术简介82.2 电源核心芯片TPS63031介绍112.3 KE-25氧气传感器介绍122.4 PT100温度传感器介绍142.4.1 测温基本原理142.4.2 线制的确定163 系统硬件构成183.1 系统硬件框架183.2 CC2430单片机外围电路设计183.2.1 时钟部分设计193.2.2 射频天线单元设计193.2.3 串口通信单元设计203.3 系统电源设计203.3.1 电源
9、模块电路设计213.4 氧气浓度监测模块设计223.4.1 氧气浓度检测与处理电路设计223.5 温度监测模块设计244 系统软件设计264.1 系统的整体设计方案264.2 氧气浓度监测模块的实现274.3 温度监测模块的实现284.3.1 主程序设计说明284.3.2 测量温度信号子程序294.4 模数转换模块的实现304.5 无线数据传输模块实现315 结论35致谢36参考文献37绪论1 绪论1.1 选题的目的与意义煤炭是我国的主要能源，在一次性能源中，所占比例在70%以上。我国煤田遍布全国，但煤层的赋存条件和地质情况差异很大，很多矿井自然环境恶劣，受到水、火、瓦斯、粉尘、顶板事故等自然
10、灾害的威胁。在这些自然灾害所造成的事故中，瓦斯事故死亡人数占总死亡人数的30%40%。特别是瓦斯煤尘爆炸事故，危害更为严重。因此，预防事故是煤矿安全工作的重点。要保证井下工作的安全，井下温度、氧气浓度、二氧化碳浓度的检测也是非常重要的。因为井工开采是地下作业，井下作业场所的新鲜空气是依靠通风不断地供给的，并不断地把污浊空气排出至地面，以保持作业场所有良好的作业环境。煤矿安全规程第一百条规定的氧气最低浓度、二氧化碳和其他有害气体的最高允许浓度主要是针对井下工作地点空气的质量提出的环保要求 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程.北京:煤炭工业出版社,2011.。人呼吸所需要的氧气取决于人的体质、
11、劳动强度和精神紧张程度，当静止状态时约需0.25Lmin，工作时为13Lmin，劳动强度大则需3Lmin以上，呼吸所能吸人的氧量取决于空气中氧气的浓度(或氧气的分压力)。当氧气浓度下降至17时，工作时会出现喘息和呼吸困难，下降到15时，就会失去劳动能力；1012时会丧失理智，时间稍长就有死亡危险。因此世界主要采矿国家对井下空气中的氧气浓度均作了规定。国际劳工局(International Labour Organization)制定的煤矿安全与健康实用规程(1985年5月，日内瓦)规定了“任何地点空气中的氧气成分低于19，二氧化碳和瓦斯浓度超过国家法规的规定，都不适于人员作业和通过。”(9.1
12、.2条)；俄罗斯、德国等国家规定了进风流的氧气浓度不得低于20；美国、日本等国规定了人员通过的巷道中氧气浓度不得低于19。井下二氧化碳的来源主要是煤和有机物的氧化、人员呼吸以及爆破等。二氧化碳对人体的呼吸有刺激作用，刺激人体的中枢神经，使呼吸加速，加剧身体疲劳。当浓度达到12并持续作用，会破坏人体电解质的平衡，影响身体健康；当浓度达到5时，就会出现耳鸣呼吸困难等症状。为此我国根据保障矿工的身体健康和劳动安全，规定了“采掘工作面的进风流中，氧气浓度不得低于20，二氧化碳的浓度不得超过0.5” 国际劳工局.煤炭安全与健康实用规程.北京:中国劳动出版社,1987. 。位于进风井口之下的空气温度（干球
13、温度，下同）必须在2以上。生产矿井采掘工作面空气温度不得超过26；当空气温度超过时，必须缩短超温地点工作人员的工作时间，并给予高温保健待遇。采掘工作面的空气温度超过30、机电设备硐室的空气温度超过34时，必须停止作业。井下温度、二氧化碳浓度、氧气浓度监测对于现代煤矿生产是非常重要有意义的工作。之前煤矿采用的很多氧气浓度传感器是模拟式的，技术和设备等因素的限制，造成仪器精度不高，且没有数字显示, 所以本课题研究的是由CC2430为核心芯片的氧气传感器系统，目标是实现氧气浓度数据的及时采集，准确可靠的无线传输，可以集中或分散显示控制。传统的有线传输方式在煤矿井下这种特殊环境中，实现起来困难非常大，
14、不便于布线。无线传输方式给我们煤矿井下的远距离数据传输带来了很多便利。在这种特殊的环境中，无线传输方式比传统的有线传输方式更加适用，更加灵活。1.2 国内外现状与发展21世纪社会发展的三大支柱之首的是信息技术。信息技术的基础包括传感器、通信、计算机等技术。传感器是信息采集尤为必不可少的重要工具。国外传感器市场规模，全世界现在有很多国家将近5000余家企业单位从事传感器的研制、生产工作，研发、生产。其中美国、欧洲、俄罗斯和日本占居大部分市场。日本传感器产品达20000多种。美国约有17000种传感器产品。传感器是一个非常有潜力和未来的行业，由于很多因素，往往最新的传感器的生产和研发都是在国外进行
15、的。最新传感器技术大多首先在国外发展起来，但是我国国内有很多需要应用的地方，所以，中国是各种传感器应用的集散地，也正是这样的现状，在国内传感器的研究和发展迫切需要技术和人员的支持和跟进。在我们生活中中，每年几乎都会发生很多起触目惊心的矿井安全事故，事故往往会造成很多人员伤亡以及重大财产的损失，因此通过现代的科学技术，实现井下气体浓度检测监控，做好安全工作，已成为中小型煤矿检测监控的最迫切的任务之一。为了保障矿工生命健康和安全，设计研发出一套可靠的煤矿生产安全监控系统是非常必要的，煤矿生产安全监控系统不仅可以提高煤矿的生产率，而且还可以促进企业生产自动化程度，这些都是现代化水平管理的体现。国内很多煤矿企业对于煤矿生产安全监控系统的应用并不是十分重视，这就造成了安全监控系统的效果并不好，不能有效提早及时的保证矿工的生命安全和企业的财产安全。中小型煤矿在资金和技术方面都会相对处于弱势地位，现在市面上的生产安全监控系统真正完全适用于中小型煤矿使用的并不多，现在摆在我们面前的有很多问题有待解决和完善。比如：1.造价昂贵，系统基本配置庞大，巨额的运行费用。2.复杂的系统安装和维护，操作不便，不友好的人机界面。3.传感器测量稳定性较差，调校过于频繁，寿
