单片机的煤矿瓦斯监测系统的硬件设计
我国是煤炭资源大国，煤炭产业正处于飞速发展的朝阳时期。但现阶段煤炭产业的灾害频发，安全生产状况得不到有效的保护，其中最突出的问题便是瓦斯爆炸事故。为此，我们设计出了基于单片机的煤矿瓦斯监测系统，设计分为软硬件来进行。本文首先介绍了煤炭产业的发展状况和存在的问题，其次重点介绍了利用AT89S52，数模转换，声光报警，液晶显示和串口通讯等部分。硬件部分的设计主要包括器件的选择，电路图的设计，电路的焊接以及最终的调试。软硬件的设计完成之后，我们对系统进行了调试。经测试，该系统能够显示出被测甲烷气体的浓度，并在超出阀值时发出声光报警信号，较好的满足了设计的要求。该系统具有安装维护简单，测量精度和性价比较高的特点。能够有效的降低煤矿瓦斯事故发生的概率，对于促进中国煤炭产业的健康发展发挥了积极的作用。关键词 瓦斯监测系统，AT89S52单片机，气敏传感器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外的研究现状 2
1.3 课题主要研究内容与要求 3
2 系统功能介绍及方案选择 4
2.1 系统性能描述 4
2.2 系统方案的选择 4
3 硬件设计 13
3.1 硬件系统功能设计 13
3.2 各模块仿真原理图及工作原理 14
4 软件设计 24
4.1 概述 24
4.2 主程序流程图 24
4.3 子程序的设计 25
5 系统调试与仿真 27
5.1 调试步骤 27
5.2 实验结果 29
5.3 测试结果分析 30
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录A 35
附录B 36
1 绪论
1.1 课题背景及意义
我国是煤炭资源大国，随着矿产资源的不断探明，以及国家建设战略依赖于煤炭产业和煤炭资源耗费产业的不断深入发展,煤炭产业正受到一带一路，长江经济带建造和振兴东北老工业基地等一大批国家建设战略的刺激，处于拓展的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
朝阳时期。一直以来，煤炭产业都是我们国家的支柱产业，它的飞快拓展成为了国家经济的晴雨表，而且其随着相关行业，诸如机械生产、化学化工学科和矿产资源采掘等学科的发展更加受到相关部门的关注。一大批的企业在煤矿采掘上投入了大批的人力和物力，这也促成了中国的煤炭产量健步上升的趋势，并且长年居于世界首位。
可是在该行业的不断发展过程中，却无法躲避的出现林林总总的问题。其中最突出的便是本课题要研究的相关内容， 煤炭生产行业中的安全生产状况得不到有效确实保护，给生产企业和生产一线的员工带来了较大的安全隐患和经济损失。在诸多问题当中，有害气体带来的危害又是最惨重，最时常存在的。近几年，瓦斯爆炸、有害气体中毒事故严重威胁着煤炭产业的安全生产，也制约了这一行业的健康发展。
很不幸的是在2016年发生的重特大事故中，三分之一发生煤矿。2017年1月16日召开的全国安全生产工作会议上，相关负责人就去年全国的安全生产事故做了相关的介绍。在2016年全国共发生了煤矿事故249起、死亡538人。而在这些事故当中，瓦斯事故占了很大的比例。这些事故的发生不仅造成了大量的财产损失，而且带来了血的教训。显而易见，煤炭生产中的瓦斯事故已经是影响我国煤炭产业健康发展和相关附属产业进一步发展的首要因素。由此可以说必须通过提高煤矿甲烷气体浓度的监测，来降低事故发生的概率，这也是当前煤炭产业所有任务的重中之重。
很长时间以来，由于关于煤矿矿井下的瓦斯气体浓度监测的研究不断发展，以及国家相关职能部门的重视，瓦斯事故在煤矿企业中发生的概率正逐年降低。显而易见，煤矿瓦斯的浓度检测制约着煤炭产业的发展。然而在这一过程中，一些大型国有企业由于加大了在瓦斯监测方面的投入，提高了对这一项目的重视程度，在这些煤矿企业中发生瓦斯类事故的概率大大降低。经过调查和研究，我们发现瓦斯报警灯在这些企业使用的很广泛。煤矿瓦斯报警灯长时间在国内的煤矿企业中受到了很好的使用，但是由于其本身的一些诸如测量精度不高、维护费用较高等问题，已经很难满足当前的煤炭产业的发展要求，这一系列突出的问题亟待解决。为此我们考虑采用基于单片机的煤矿瓦斯监测系统来克服这些问题，在查阅了大量的资料和学习了相关的知识后，我着手通过学习单片机的资源来开发一个基于单片机的煤矿瓦斯监测系统。该系统利用了单片机的管脚资源、使用了诸如MQ5这类器件成功制成了一个实用的甲烷检测系统。该系统对于提高瓦斯监测的准确度，降低煤炭产业的瓦斯事故发生起到了不可忽视的作用。
1.2 国内外的研究现状
世界各国对于甲烷气体监测的研究各有各的特点，由于各方面因素的影响，造成了这一领域发展的不平衡。最早开始这方面研究的是第二次工业革命的起源地英国，最先发展起来的一种便携使用的安全灯，在当时的生产情况下，安全灯由于结构简单、性价比高、维护费用低等特点受到了欧洲各国的广泛使用。从安全灯的出现到当前美国的HIMASS、法国的TF200、英国的Senturion200、德国的MINOS等系统的出现，西方国家一直走在了亚洲各国的前面。一直到了上世纪的30年代，日本才这一领域取得了阶段性的突破，成功研制出了光干涉式的甲烷检测仪器。并在此基础上，不断出现了各种改进型的甲烷检测仪器，测量的精度也在不断的提高，测量的方式也不断的丰富。在这些器件中，伴随着化学学科的发展，化学工艺的不断丰富，出现了利用催化剂制成的检测仪器，这一器件的产生大大丰富了气体检测领域的内容。从此，催化瓦斯传感器进入了其发展过程中的全盛时期。60年代后，世界各国更是对瓦斯检测元件的研究产生了浓厚的兴趣，不断加大对其的投入，也大大促进了煤炭产业的健康发展。
反观国内，我国对于甲烷气体检测的相关研究工作起步稍晚了一些。我国的第一台基于催化原理的瓦斯检测仪器产生于60年代，核心器件使用的是铂金属制成的传感器。此后在此基础上，我们国家加大了在这方面的研究，并且吸收了国外相关领域的最新研究成果，取得了许多阶段性的突破。在64年相关科研机构经过通力协作，整合各个部门的力量又成功研制出了第一个符合矿井使用要求的载体催化元件，根据这方面的研究又成功的实现了催化型瓦斯检测仪器的零的突破。
随着煤炭产业的不断发展，煤矿瓦斯监测系统的设计要求不断提高，传统意义上的瓦斯监控已经不能够满足当前的发展要求。伴随着计算机技术的不断成熟，煤矿气体监测系统已经发展到除了能够实时的监测瓦斯浓度，同时还需要检测其他易燃易爆气体，这也成为了当前设计该类系统的趋势。近年来，我国的科研机构成功研制出了一大批符合现阶段生产实际要求的瓦斯监测系统，由于这些系统具有较高的性价比、很高的测量精度和较好的维护方法，这些系统现在广泛的应用于各个煤矿企业，很好的避免了瓦斯事故的发生。目前在我国国内使用较多的瓦斯检测的系统主要有三类：一是20世纪80年代左右从国外引进的安全检测系统，在这些引进系统的基础上，相关研发机构在吸收国外先进技术的基础上努力设计出适合我国国情的产品。然而，这类系统由于使用时间较长，且不符合当前生产的实际需要，已经面临淘汰的命运；二是上世纪的90年代，由我国的科研机构自行研发的一系列的监控系统，这些系统较好的满足了当时的生产要求，但传输的效率已经远远达不到现阶段安全生产的需要；三是本世纪以来，各个厂家不断推出的基于以前老旧系统的改进型。这类系统是按照我国安全生产相关的法规，与时俱进，不断升级的产品。它们的可靠性和性价比等都能较好的满足当前安全生产的需要。在这当中，基于单片机的井下瓦斯气体监测系统的研究和生产具有很好的可靠性和实用性，并且在具有十分广泛的市场需求。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及意义 1
1.2 国内外的研究现状 2
1.3 课题主要研究内容与要求 3
2 系统功能介绍及方案选择 4
2.1 系统性能描述 4
2.2 系统方案的选择 4
3 硬件设计 13
3.1 硬件系统功能设计 13
3.2 各模块仿真原理图及工作原理 14
4 软件设计 24
4.1 概述 24
4.2 主程序流程图 24
4.3 子程序的设计 25
5 系统调试与仿真 27
5.1 调试步骤 27
5.2 实验结果 29
5.3 测试结果分析 30
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录A 35
附录B 36
1 绪论
1.1 课题背景及意义
我国是煤炭资源大国，随着矿产资源的不断探明，以及国家建设战略依赖于煤炭产业和煤炭资源耗费产业的不断深入发展,煤炭产业正受到一带一路，长江经济带建造和振兴东北老工业基地等一大批国家建设战略的刺激，处于拓展的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
朝阳时期。一直以来，煤炭产业都是我们国家的支柱产业，它的飞快拓展成为了国家经济的晴雨表，而且其随着相关行业，诸如机械生产、化学化工学科和矿产资源采掘等学科的发展更加受到相关部门的关注。一大批的企业在煤矿采掘上投入了大批的人力和物力，这也促成了中国的煤炭产量健步上升的趋势，并且长年居于世界首位。
可是在该行业的不断发展过程中，却无法躲避的出现林林总总的问题。其中最突出的便是本课题要研究的相关内容， 煤炭生产行业中的安全生产状况得不到有效确实保护，给生产企业和生产一线的员工带来了较大的安全隐患和经济损失。在诸多问题当中，有害气体带来的危害又是最惨重，最时常存在的。近几年，瓦斯爆炸、有害气体中毒事故严重威胁着煤炭产业的安全生产，也制约了这一行业的健康发展。
很不幸的是在2016年发生的重特大事故中，三分之一发生煤矿。2017年1月16日召开的全国安全生产工作会议上，相关负责人就去年全国的安全生产事故做了相关的介绍。在2016年全国共发生了煤矿事故249起、死亡538人。而在这些事故当中，瓦斯事故占了很大的比例。这些事故的发生不仅造成了大量的财产损失，而且带来了血的教训。显而易见，煤炭生产中的瓦斯事故已经是影响我国煤炭产业健康发展和相关附属产业进一步发展的首要因素。由此可以说必须通过提高煤矿甲烷气体浓度的监测，来降低事故发生的概率，这也是当前煤炭产业所有任务的重中之重。
很长时间以来，由于关于煤矿矿井下的瓦斯气体浓度监测的研究不断发展，以及国家相关职能部门的重视，瓦斯事故在煤矿企业中发生的概率正逐年降低。显而易见，煤矿瓦斯的浓度检测制约着煤炭产业的发展。然而在这一过程中，一些大型国有企业由于加大了在瓦斯监测方面的投入，提高了对这一项目的重视程度，在这些煤矿企业中发生瓦斯类事故的概率大大降低。经过调查和研究，我们发现瓦斯报警灯在这些企业使用的很广泛。煤矿瓦斯报警灯长时间在国内的煤矿企业中受到了很好的使用，但是由于其本身的一些诸如测量精度不高、维护费用较高等问题，已经很难满足当前的煤炭产业的发展要求，这一系列突出的问题亟待解决。为此我们考虑采用基于单片机的煤矿瓦斯监测系统来克服这些问题，在查阅了大量的资料和学习了相关的知识后，我着手通过学习单片机的资源来开发一个基于单片机的煤矿瓦斯监测系统。该系统利用了单片机的管脚资源、使用了诸如MQ5这类器件成功制成了一个实用的甲烷检测系统。该系统对于提高瓦斯监测的准确度，降低煤炭产业的瓦斯事故发生起到了不可忽视的作用。
1.2 国内外的研究现状
世界各国对于甲烷气体监测的研究各有各的特点，由于各方面因素的影响，造成了这一领域发展的不平衡。最早开始这方面研究的是第二次工业革命的起源地英国，最先发展起来的一种便携使用的安全灯，在当时的生产情况下，安全灯由于结构简单、性价比高、维护费用低等特点受到了欧洲各国的广泛使用。从安全灯的出现到当前美国的HIMASS、法国的TF200、英国的Senturion200、德国的MINOS等系统的出现，西方国家一直走在了亚洲各国的前面。一直到了上世纪的30年代，日本才这一领域取得了阶段性的突破，成功研制出了光干涉式的甲烷检测仪器。并在此基础上，不断出现了各种改进型的甲烷检测仪器，测量的精度也在不断的提高，测量的方式也不断的丰富。在这些器件中，伴随着化学学科的发展，化学工艺的不断丰富，出现了利用催化剂制成的检测仪器，这一器件的产生大大丰富了气体检测领域的内容。从此，催化瓦斯传感器进入了其发展过程中的全盛时期。60年代后，世界各国更是对瓦斯检测元件的研究产生了浓厚的兴趣，不断加大对其的投入，也大大促进了煤炭产业的健康发展。
反观国内，我国对于甲烷气体检测的相关研究工作起步稍晚了一些。我国的第一台基于催化原理的瓦斯检测仪器产生于60年代，核心器件使用的是铂金属制成的传感器。此后在此基础上，我们国家加大了在这方面的研究，并且吸收了国外相关领域的最新研究成果，取得了许多阶段性的突破。在64年相关科研机构经过通力协作，整合各个部门的力量又成功研制出了第一个符合矿井使用要求的载体催化元件，根据这方面的研究又成功的实现了催化型瓦斯检测仪器的零的突破。
随着煤炭产业的不断发展，煤矿瓦斯监测系统的设计要求不断提高，传统意义上的瓦斯监控已经不能够满足当前的发展要求。伴随着计算机技术的不断成熟，煤矿气体监测系统已经发展到除了能够实时的监测瓦斯浓度，同时还需要检测其他易燃易爆气体，这也成为了当前设计该类系统的趋势。近年来，我国的科研机构成功研制出了一大批符合现阶段生产实际要求的瓦斯监测系统，由于这些系统具有较高的性价比、很高的测量精度和较好的维护方法，这些系统现在广泛的应用于各个煤矿企业，很好的避免了瓦斯事故的发生。目前在我国国内使用较多的瓦斯检测的系统主要有三类：一是20世纪80年代左右从国外引进的安全检测系统，在这些引进系统的基础上，相关研发机构在吸收国外先进技术的基础上努力设计出适合我国国情的产品。然而，这类系统由于使用时间较长，且不符合当前生产的实际需要，已经面临淘汰的命运；二是上世纪的90年代，由我国的科研机构自行研发的一系列的监控系统，这些系统较好的满足了当时的生产要求，但传输的效率已经远远达不到现阶段安全生产的需要；三是本世纪以来，各个厂家不断推出的基于以前老旧系统的改进型。这类系统是按照我国安全生产相关的法规，与时俱进，不断升级的产品。它们的可靠性和性价比等都能较好的满足当前安全生产的需要。在这当中，基于单片机的井下瓦斯气体监测系统的研究和生产具有很好的可靠性和实用性，并且在具有十分广泛的市场需求。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/2601.html
