【導讀】是煤礦安全生產(chǎn)的最重要的保障。本論文主要研究設計的煤礦井下安全監(jiān)控分站是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要設備之一。STC89C52單片機作為控制器。單片機對輸入通道采集的開關量和模擬量信息進行分析。處理后，經(jīng)輸出通道控制執(zhí)行器動作。當輸入信號超過預設定的報警值或斷電動作值時，進行聲光報警或斷電處理。鍵盤操作和液晶顯示則可以實現(xiàn)人機交互。一個典型集中管理分散控制系統(tǒng)。液晶顯示等功能，從而實現(xiàn)實時監(jiān)測與控制，滿足煤礦井下井下安全生產(chǎn)的要求。

　　

【正文】 作值，則繼電器恢復未動作前的狀態(tài)， 若其值繼續(xù)小于報警值后，則報警取消，分站繼續(xù)運行。 井下監(jiān)控分站控 制輸出程序： void Nongdu_Display(void) { unsigned char Nongdu_a=0,Nongdu_b=0,Nongdu_c=0,i。 if(!Key_Change) { Delay_25ms(1)。 if(!Key_Change) { while(!Key_Change)。 Key_Counter++。 if(Key_Counter==2) { Key_Counter=0。 } } } if(Key_Counter==0) { Write_Command( 0x80 )。 for(i=0。i14。i++) { 27 Write_Data(Table_6[i])。 } Write_Command( 0x90 )。 for(i=0。i14。i++) { Write_Data(Table_7[i])。 } Write_Command( 0x88 )。 for(i=0。i8。i++) { Write_Data(Table_8[i])。 } Write_Command( 0x98 )。 for(i=0。i8。i++) { Write_Data(Table_9[i])。 } Frequency_Display(1)。 Frequency_Display(2)。 KaiGuan_Display()。 if(Counter4100) { Beep_Sound ()。 } if(Counter6050) { Relay = 1。 } else { 28 Relay = 0。 } } 撥碼開關程序設計 分站地址開關是個 8 位撥碼開關， 8 路 DIP 撥碼開關通過上拉電阻連接至單片機 I/O口，實現(xiàn)確定分站地址的目的。所以在程序設計時，只需直接讀入 I/O 口的值即可。 8 位開關的設定必然在 8 路總線上形成高或低（或 “1”或 “0” ）的電平信號。例如，總線 B0～B7 對應的地址開關撥成 00000001，即說明該分站地址為 1。通過對地址的不同設置，可以得到不同的分站號，但是在一個系統(tǒng)中，每個分站號是唯一的。 本章小結(jié) 本章節(jié)詳細介紹了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)井下監(jiān)控分站的軟件設計以及實現(xiàn)，包括主程序和子程序設計。主程序部分主要完成對分站的初始化，功能設置等；子程序部分采用模塊化設計的思想，將分站所要實現(xiàn)的功能分解成不同的模塊，每個模塊都給出了其具體設計和實現(xiàn)的關鍵技術。這樣使得所設計的分站開發(fā)和維護更加容易。 29 5 井下監(jiān)控分站的調(diào)試及運行結(jié)果 井下監(jiān)控分站 硬件 電路 測試 硬件電路包括主控制電路、電源電路、傳感器信號輸入通道、圧頻轉(zhuǎn)換電路、控制輸出模塊、撥碼開關電路、聲光報警電路，液晶顯示電路等路，將各個模塊連接到單片機通電測試。 圖 51 為硬件電路連接后的整體電路圖。 圖 51 硬件電路連接圖 上電后測其輸入輸出參數(shù)： 電源模塊測試，當輸入交流為 220V 且開關閉合時，測得 7805 直流穩(wěn)壓芯片輸出的電壓值為 。因而， 5V電源輸出時，對應的紋波電壓為 。滿足在電路空載時，輸出紋波電壓峰峰值 ≤10mV，穩(wěn)壓系數(shù) Sr≤3103 的設計要求。 單片機最小系統(tǒng)的調(diào)試，主要是圍繞 GPIO 口能否正常工作、單片機系統(tǒng)能否正常復位等問題進行測試。我們寫好周期性定時的程序，讓 GPIO 口的電平每 秒翻轉(zhuǎn)一次，然后用示波器觀察 GPIO 口輸出信號的頻率，經(jīng)測試 GPIO 輸出信號的頻率為 1Hz，然后 30 按下復位按鍵發(fā)現(xiàn) GPIO 口為高電 平直至松開復位按鍵才會重新出現(xiàn)頻率為 1Hz的方波，述單片機模塊工作正常。 控制輸出模塊測試，在繼電器控制端輸入高電平，觀察繼電器觸點變化，斷開連接或者接到地線上時，繼電器狀態(tài)應當切換。與此同時接在繼電器輸出端口的發(fā)光二級管會輪番被點亮，顯示繼電器工作狀態(tài)。 聲 光 報警模塊測試。由于采用的三極管為 PNP 型，所以在三極管控制端 (基極 )加上低電平，就可以驅(qū)動蜂鳴器進行報警，相反，在三極管控制端 (基極 )加上高電平則會停止報警，所以只要輸入一定頻率的高低電平蜂鳴器就會發(fā)出間斷的報警聲音。經(jīng)測試，該部分硬件電路能夠正常工 作。 圧頻轉(zhuǎn)換模塊測試，用示波器測試壓頻轉(zhuǎn)換電路輸出信號的頻率，然后再將壓頻轉(zhuǎn)換電路中的電阻、電容參數(shù)代入公式中計算理論上輸出的頻率。經(jīng)測試當理論輸出頻率在 200Hz1000Hz 之間變化時，實際輸出的頻率與理論輸出的頻率相差 317Hz，滿足系統(tǒng)設計要求。 井下監(jiān)控分站 系統(tǒng)調(diào)試 將程序燒到單片機后，進行測試。系統(tǒng)顯示正常，圖為測試中所顯示的界面。性能描述：通電運行，液晶顯示分站名稱 “井下監(jiān)控分站、分站信息、地址號 XXX、 *此地址不可重復 ”，然后刷新顯示 “1 號設備狀態(tài) :X、 2 號設備狀態(tài) :X、通道 1_F： XXXX、通道2_F： XXXX”, 通過長按 Key_Change 按鈕 , 可以將剛顯示的頻率值切換到對應的濃度顯示狀態(tài) “通道 1 濃度： XX%、通道 2 濃度： XX%”。 開關量信號我們通過將外接開關，經(jīng)光耦隔離直接輸入進單片機；對于模擬量信號我們通過電位器來模擬，然后經(jīng)圧頻轉(zhuǎn)換電路輸入單片機。 52 通電時輸入為零時顯示 53 輸入達到報警值時顯示 31 54 輸入值達到動作值時的顯示和整體電路圖 圖 52 為分站通電后進入顯示界面后模擬量信號輸入為零，開關量信號輸入一個為高電平一個為低電平時的顯示；然后通過調(diào)節(jié)電位器來改變輸入模擬量信號的大小，圖 53為模擬量輸入信號達到報警濃度時的顯示，此時蜂鳴器發(fā)出報警聲音；圖 54 為模擬量輸入信號達到動作值后的濃度顯示，此時我們在整體電路圖中可以看到繼電器旁邊紅色指示燈亮，表明繼電器動作了，若檢測到濃度值小于 %，則繼電器復位，旁邊綠色指示燈亮。 測試中仍然有不足之處，我們今后加以完善。 本章小結(jié) 本章主要介紹了井下監(jiān)控分站的硬件測試和系統(tǒng)測試。通過 對硬件部分各個模塊的連接通電測試，證明硬件部分可以滿足分站設計的要求。接下來對整個系統(tǒng)進行了測試，經(jīng)過軟、硬件的聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)基本實現(xiàn)了設計目標，可實現(xiàn)對傳感器數(shù)據(jù)的正確采集、顯示并能實現(xiàn)超限報警和模擬控制設備的運行等功能。 32 6 結(jié)論與展望 結(jié)論 本設計的研究主要針對 煤礦 安全監(jiān)控系統(tǒng)中的 井下 監(jiān)控分站展開，主要包括國內(nèi)外礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀；煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)井下的結(jié)構特點、分站設計的主要內(nèi)容、設計原則、設計步驟；安全監(jiān)控分站硬件設計以及軟件設計 核心內(nèi)容 ，系統(tǒng)調(diào)試以及系統(tǒng)測試結(jié)果論述等。 本論文主要以總分總的結(jié)構展開論述，通過礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控分站的整體系統(tǒng)搭建、各部分硬件設計、軟件流程設計、系統(tǒng)調(diào)試等展開論述。 首先，本論文以礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤炭安全生產(chǎn)中的重要性展開論述，并進一步探討了監(jiān)控分站研究的深遠意義。 其次，通過礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)的組成進行論述， 引出井下監(jiān)控分站設計的中體方案。接下來 井下 監(jiān)控分站 的主要 參數(shù)特征 、 硬件組成、結(jié)構特征、軟件流程等的介紹；其中對系統(tǒng)的硬件各部分組成的主要器件或設備的工作原理與作用進行了 簡單 介紹；而軟件設計論述中，對分站設計的主流程圖，分站的顯示部分，采 集數(shù)據(jù)部分以及控制輸出部分做了論述。 最后，通過前面的硬件軟件測試 ， 可以看出本次設計的監(jiān)控站軟件可以完成對傳感器的數(shù)據(jù)采集，控制輸出并顯示 ， 以及鍵盤操作等功能?？刂戚敵霾糠謩t預先設定報警和動作值，然后將采集到的模擬量信號分析比較；若達到報警值則蜂鳴器發(fā)出報警指示，若達到動作值，則控制繼電器動作。 由于本次設計時間有限 ， 未能實現(xiàn)監(jiān)控分站的通信連接 ， 因此未能測試該監(jiān)控站與地面監(jiān)控主機的通信。在今后的工作學習中 ， 我會更進一步對該監(jiān)控進行深入研究 ， 親身實踐該監(jiān)控站與地面監(jiān)控主機的通信。 展望 隨著國內(nèi)外礦用 監(jiān)控系統(tǒng)及設備的飛速發(fā)展，礦用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦行業(yè)的應用得到更廣泛的推廣。安全監(jiān)控系統(tǒng)以其穩(wěn)定性、實時性方面的優(yōu)勢，在行業(yè)中占據(jù)重要地位，使得井下工作人員的工作環(huán)境得以有安全的保障，煤礦井上、下指揮者能夠在第一時間得到生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及井下各類環(huán)境數(shù)據(jù)，同時，監(jiān)控系統(tǒng)也可以處理突發(fā)的危險情況，例如，監(jiān)控甲烷等氣體濃度、壓力監(jiān)控。 為了更好的改善井下分站的工作性能，可以從以下幾個方面著手： 33 （ 1） 當?shù)V山遇到突發(fā)情況，礦井上下通信受阻時，此時傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒终竞?，分站無法將數(shù)據(jù)上傳到上位機，而分站沒有數(shù)據(jù)存 儲功能，此時，數(shù)據(jù)便會丟失，等到通信正常時，不正常時段的數(shù)據(jù)便無法找回，產(chǎn)生數(shù)據(jù)斷層。如果給分站加上通信失敗時的數(shù)據(jù)存儲功能，便可在通信失敗時將數(shù)據(jù)儲存，當通信正常時，再將數(shù)據(jù)上傳，這樣就可以抑制數(shù)據(jù)斷層的出現(xiàn) ； （ 2） 可以為分站添加備用電源，當系統(tǒng)供電出現(xiàn)故障時可以保證分站繼續(xù)工作。從而可以為生產(chǎn)指揮提供更多更可靠的數(shù)據(jù)。 （ 3）在鍵盤操作的基礎上可以給分站添加紅外遙控模塊，這樣可以更好的實現(xiàn)工作人員對分站的控制。 （ 4） 進一步完善該 分站 的 測頻 算法設計 以 實現(xiàn) 分站更快的測取頻率信號 。由于時間關系和本人能力所 限，但設計中難免存在一些錯誤和不足之處，敬請各位老師批評指正。 34 參考文獻 [1]郭秀才，楊世興 .監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)原理及應用 [M]. 中國電力出版社 .2020 [2]楊世興 .煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J]. 安放科技 .2020 [3]周邦全 .煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢 [J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保 .2020 [4]王煜東 .傳感器應用技術 [M]. 西安電子科技大學出版社 .2020 [5]陳建元 .傳感器技術 [M] 機械工業(yè)出版社 .2020 [6]陳志旺，等 .51 系列單片機系統(tǒng)設計與實踐 [M]. 電子工業(yè)出版社 .2020 [7]劉樹林，等 .低頻電子線路 [M]. 機械工業(yè)出版社 .2020 [8]高赟，等 .電路 [M]. 西安電子科技大學出版社 .2020 [9]孫樹樸，等 .電力電子技術 [M]. 中國礦業(yè)大學出版社 .2020 [10]安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)資料 . 常州自動化研究院 [11]張巖 .嵌入式控制器的輸入端口設計分析 [J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用 .2020 [12]吳秋峰，張佐 .自動化系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡 [M]. 機械工業(yè)出版社 .2020 [13]王華忠 . 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（ SCADA）系統(tǒng)及應用 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社， [14]陳建元 . 傳感器技術 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [15]馬建明 . 數(shù)據(jù)采集與處理技術 [M]. 西安：西安交通大學出版社， 2020 [16]王辛之，等 . 單片機應用 系統(tǒng)的抗干擾技術 [M]. 北京：冶金工業(yè)出版社， 2020 [17]譚家玉，等 . 單片機原理及接口技術 [M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2020 [18]雷思孝，等 . 單片機原理與實用技術 [M]. 西安：西安電子科技大學出版社， 2020 [19]張培仁，等 . 自動控制技術和應用 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