【正文】 價格極其經(jīng)濟。圖37為皮托管式風(fēng)速傳感器示意圖。頂端的小孔與側(cè)面的小孔分別與兩條互不相通的管路相連。在皮托管頭部的頂端，迎著來流開有一個小孔，小孔平面與流體流動方向垂直。皮托管根據(jù)流體流動引起的壓差進行流速檢測。如圖36所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖35所示。同時，計數(shù)器復(fù)位在當(dāng)前溫度值上，電路對振蕩器的溫度系數(shù)進行補償，計數(shù)器重新開始計數(shù)直到回零。 原理和內(nèi)部結(jié)果 DS18B20的測溫原理為：內(nèi)部計數(shù)器對一個受溫度影響的振蕩器的脈沖計數(shù)，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_某一設(shè)置高溫時，振蕩器的脈沖無法通過門電路。其管腳定義如圖34所示：圖34 DS18B20正視圖與管腳定義DS18B20特點如下： (l) 單線接口：僅需一根口線與單片機連接； (2) 由總線提供電源，也可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：~； (3) 測溫范圍為：55~+l25℃，在10~+85℃時，精度為177。 溫度的測量控制 DS18B20本系統(tǒng)選擇數(shù)字溫度傳感器為DS18B20。電路原理如圖33所示[8]。10nA/ppm，將探頭輸出的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柌⑦M行放大，放大采用LM2904，本系統(tǒng)的設(shè)計放大倍數(shù)為2000，對應(yīng)0～100ppm輸出0～177。如圖32所示。根據(jù)檢出氣體的不同，有時會對干涉型氣體具有很高的選擇性。為了保持電解液的穩(wěn)定性，維持檢知電極和對向電極間的離子傳導(dǎo)性，各電極間夾有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電解液的保持能力很強的氧化鋁纖維和玻璃纖維制成的薄片。 傳感器結(jié)構(gòu) 一般電化學(xué)式氣體傳感器，由作為電極的檢知電極，參照對向電極、電解液、電解液保持體、除去干涉氣體用的活性炭過濾網(wǎng)，讀取電極信號用的貴金屬線和電極腳等構(gòu)成。根據(jù)參照電極具有控制電位機能的電化學(xué)式傳感器叫做三電極方式。氣體濃度電壓下降明顯，成為電化學(xué)傳感器直線輸出的阻礙原因。一氧化碳的氧化反應(yīng)全過程方程式用式（33）表示。在此檢知電極和對向電極同外部電路相結(jié)合，電子從檢知電極向?qū)ο螂姌O流動，氫離子在電解液中移動接受對向電極側(cè)的電子，發(fā)生如 （32）式的化學(xué)反應(yīng)生成水。并且在動態(tài)狀態(tài)下，以參照電極檢出電位為基礎(chǔ)，根據(jù)外部連接低電位電路，檢知電極保持設(shè)定好的一定電位[9]。本系統(tǒng)選擇的CO傳感器屬于三電極電化學(xué)式傳感器。在礦井中CO濃度的高低是引起礦井下發(fā)生自燃火災(zāi)以及瓦斯爆炸的重要原因，那么井下CO超標(biāo)就會對礦工生命產(chǎn)生危險。 本章小結(jié) 本章介紹了礦山通風(fēng)的總體設(shè)計，以及軟硬件設(shè)計的要求和原則。 系統(tǒng)資源的合理化配置 要合理分配系統(tǒng)資源，包括ROM、RAM、定時器/計數(shù)器、中斷資源等。其目的是使各模塊之間任務(wù)分工明確，易于編寫，通讀性強，糾錯和調(diào)試方便，又能實現(xiàn)軟件的自診斷，提高了軟件的易理解性和易維護性，這樣使軟件層次結(jié)構(gòu)清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。在這里，我們采用模塊化設(shè)計模式思想，就是在編制程序時，根據(jù)軟件功能要求，將一個完整的程序分成若干塊小的可以相對獨立完成某些任務(wù)的模塊（子程序）。 軟件設(shè)計原則應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計的，應(yīng)該可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。3. 模塊化設(shè)計：硬件設(shè)計根據(jù)預(yù)期實現(xiàn)的功能劃分為若干模塊，盡可能選用模塊化結(jié)構(gòu)的典型電路，各模塊間的聯(lián)系力求松散，以便于硬件發(fā)生故障時的檢修。相反，提高軟件功能可以降低硬件的造價，提高靈活性和適應(yīng)性，但相應(yīng)速度要下降，軟件設(shè)計費用和所需的存儲器容量要增加。 遵循標(biāo)準(zhǔn)1. 軟硬件合理劃分：系統(tǒng)中軟件和硬件在邏輯上是等效的。 硬件設(shè)計原則 設(shè)計要求硬件電路是設(shè)計工作的基礎(chǔ)，其設(shè)計的好壞，將直接影響到監(jiān)控系統(tǒng)的性能好壞。由于電路統(tǒng)一，備用元器件種類少，也便于備品備件的準(zhǔn)備；層次化設(shè)計，微控制器編程模塊化，便于系統(tǒng)擴展，為建立煤礦綜合監(jiān)測系統(tǒng)提供了良好的解決方案。在本系統(tǒng)中，將所有傳感器均設(shè)計成智能型傳感器，智能傳感器集數(shù)據(jù)采集、發(fā)送于一體。在MSP430F149單片機的flash中存儲著用戶設(shè)定好的CO濃度報警值，當(dāng)測量的CO濃度超過報警值時則430單片機控制進行聲光報警，以此提醒用戶采取措施。系統(tǒng)由以下幾大部分組成：CO濃度測量部分、溫度測量部分、風(fēng)速測量部分、粉塵檢測部分、聲光報警、顯示部分、電機驅(qū)動、以430單片機為核心的數(shù)據(jù)采集、處理、控制部分。這種結(jié)構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)具有以下不足：傳感器輸出的信號一般為頻率信號，范圍為200Hz~1000Hz，測頻精度不高，可靠性差；每個傳感器都需要一條電纜來連接到監(jiān)測站，使用電纜多，成本高，不容易擴展，它適合測點集中的情況[1]。第2章 設(shè)計系統(tǒng)的總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計 為了徹底解決目前礦井通風(fēng)管理存在的效率低下、浪費人力資源的問題，加快信息傳遞、交換和處理速度，保證其可靠性、方便性，實現(xiàn)管理的自動化、現(xiàn)代化，有必要設(shè)計了一套礦井通風(fēng)安全自動監(jiān)測系統(tǒng)，它可以利用現(xiàn)代最新的科技手段和電子計算機技術(shù)，可以全面、實時、有效的對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動記錄、處理、存儲和報警。本文主要研究礦山通風(fēng)實時監(jiān)控，其中給出了CO、風(fēng)速、溫度、粉塵傳感器的設(shè)計，通過單片機的命令將結(jié)果通過顯示器及報警傳送給管理人員進行操作?？梢匀〉昧己玫纳鐣б婧徒?jīng)濟效，不僅能顯著改善井下生產(chǎn)環(huán)境，減少一線生產(chǎn)工人的矽肺病發(fā)病率和中毒等事故，同時可以減少井下通風(fēng)的投資和運行費用，減輕通風(fēng)管理人員的勞動度。西德、美國等也都推出了各自的系統(tǒng)[7, 8]。隨著集成電路的出現(xiàn)，推動了時分制技術(shù)的發(fā)展，第3代產(chǎn)品就是以時分制為基礎(chǔ)的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，最有代表性的是英國的MINOS系統(tǒng)，該系統(tǒng)很快占領(lǐng)歐美市場，使煤礦監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展上了一個大臺階。于1984年由原煤炭部引進，裝備在充州的興隆莊礦，并由重慶安儀廠引進制造技術(shù)。這樣傳輸信道電纜芯線大大減少，很快將第1代空分制系統(tǒng)取代，最有代表性的是西德H+F公司的TF200系統(tǒng)。80年代中又從波蘭引進2套CMM20裝備了撫順龍風(fēng)礦和開灤趙各莊礦，后由撫順煤礦安全儀器廠引進CMM20的制造技術(shù)，經(jīng)國產(chǎn)化生產(chǎn)出AUI系統(tǒng)，這就是第1代煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在我國的應(yīng)用情況。因此東歐的波蘭把技術(shù)引入本國，產(chǎn)生可測20個點的CMM20，后來又把測點擴展到128個點，形成了新的系統(tǒng)即CMC1系統(tǒng)[1,5]。 根據(jù)煤礦監(jiān)控技術(shù)的歷史發(fā)展看，國內(nèi)外最早的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸是靠空分制，也就是個測點用對電纜芯線來傳輸，其最有代表性的是法國推出的CTT63/40煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，它可以監(jiān)測瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度等參數(shù)，測點數(shù)最多可測60個點。1981年美國海爾（）所著《礦井通風(fēng)工程》一書是以熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，闡述礦內(nèi)風(fēng)流運動規(guī)律的代表性論著。1929年波蘭學(xué)者布德雷克()應(yīng)用熱力學(xué)原理解釋礦內(nèi)自然風(fēng)流的流動規(guī)律。1904年蘇聯(lián)科學(xué)院院士斯科欽斯基首次應(yīng)用流體力學(xué)方程，將礦內(nèi)風(fēng)流作為一維穩(wěn)定流動進行分析，開創(chuàng)了礦內(nèi)空氣動力學(xué)的理論與試驗研究。俄羅斯學(xué)者羅蒙諾索夫于1742年提出礦井中空氣自然流動的理論，奠定了自然通風(fēng)計算的科學(xué)基礎(chǔ)。中國在明崇禎年間（1637）有用竹筒排放有害氣體的記載。進入80年代，金屬礦井通風(fēng)技術(shù)以節(jié)約能耗為中心有了比較快的發(fā)展，取得的主要成就有：高效節(jié)能風(fēng)機的研制與推廣；多風(fēng)機多級機站通風(fēng)新技術(shù)的應(yīng)用；礦井通風(fēng)網(wǎng)路的節(jié)能技術(shù)改造；建立礦井通風(fēng)計算機管理系統(tǒng)和井下風(fēng)流調(diào)控技術(shù)與手段的完善等[4, 5]。60年代，建立了分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)和棋盤式通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。這些都是管理上得疏漏[4]。煤礦工人的安全要靠煤礦企業(yè)的安全管理和應(yīng)用來保護，煤礦的各項系統(tǒng)都很重要，這些系統(tǒng)都保護著井下的工人的生命安全，系統(tǒng)的維修也是不容忽視的，必須定期檢查及修理以防止系統(tǒng)漏洞所引發(fā)的危險。盡管我國做了很多防御和嚴(yán)厲檢查措施，但還是有很多非法開礦的企業(yè)成為了漏網(wǎng)之魚，這些企業(yè)的老板為了賺錢可以不顧一切拿工人的生命當(dāng)工具，可見非法礦山企業(yè)危害的嚴(yán)重性是多么大。我國正處于工業(yè)化進程之中，對礦產(chǎn)資源的需求在不斷增加，礦山安全的壓力也不斷加大。礦山的安全如果不達標(biāo)就意味著將有人會因此受害，近年來，我國礦山事故不斷，從廣西、山西到黑龍江等省區(qū)，重大礦山安全事故時有發(fā)生，引發(fā)強烈的社會不滿與批評。我國每年關(guān)于煤礦傷亡事件都很多，比如說煤礦坍塌，煤礦進水，煤礦爆炸等[3]。 我國礦山的現(xiàn)狀 中國的金屬礦山，自20世紀(jì)50年代逐步建立機械通風(fēng)系統(tǒng)以來，礦山企業(yè)也就是煤礦企業(yè)（我國有很多國營或者私營的煤炭企業(yè)）。井下作業(yè)地點的空氣含塵量不得超過2mg/m3；；采掘作業(yè)面空氣干球溫度不得超過攝氏28度。對于礦山的安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，各國均有具體規(guī)定。由此可見，保證人身安全和礦井安全生產(chǎn)的措施中，礦井通風(fēng)有著非常重要的意義。加強通風(fēng)系統(tǒng)維護與運行管理是杜絕中毒窒息事故的保證。 課題的目的及意義礦山通風(fēng)是保證向井下連續(xù)輸送必要數(shù)量的新鮮空氣、稀釋并排除有毒有害氣體和礦塵，為礦工創(chuàng)造安全舒適工作環(huán)境的根本措施。因此，礦井通風(fēng)的作用將更加重要。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 V 第1章 緒論 課題背景礦井通風(fēng)系統(tǒng)對地下開采猶如血液循環(huán)系統(tǒng)對人體一樣重要，礦井通風(fēng)是地下礦山安全生產(chǎn)的重要保障。 CO不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印III 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 課題的目的及意義 1 我國礦山的現(xiàn)狀 1 礦山發(fā)展的簡史及國外的發(fā)展?fàn)顩r 2 本文研究的主要內(nèi)容 3第2章 設(shè)計系統(tǒng)的總體設(shè)計 5 系統(tǒng)總體設(shè)計 5 硬件設(shè)計原則 6 設(shè)計要求 6 遵循標(biāo)準(zhǔn) 6 軟件設(shè)計原則 7 程序的模塊化設(shè)計 7 程序的結(jié)構(gòu)化設(shè)計 7 系統(tǒng)資源的合理化配置 7 本章小結(jié) 7第3章 礦井環(huán)境參數(shù)的測量控制 8 CO濃度的測量控制 8 傳感器原理 8 傳感器結(jié)構(gòu) 9 傳感器電路 10 溫度的測量控制 11 DS18B20 11 原理和內(nèi)部結(jié)果 11 DS18B20電路 12 風(fēng)速測量 12 傳感器介紹 12 傳感器電路模塊 13 粉塵的測量控制 14 粉塵濃度測量原理 14 模擬信號處理 15 本章小結(jié) 17第4章 硬件電路的設(shè)計及固件編程 18 單片機系統(tǒng) 18 單片機簡介 18 單片機管腳 19 液晶顯示器 20 聲光報警 21 電機驅(qū)動 24 軟件設(shè)計總體結(jié)構(gòu) 25 本章小結(jié) 28結(jié)論 29致謝 30參考文獻 31附錄A 33附錄B（英文原文） 34附錄C（中文翻譯） 48千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。 Realtime Monitoring。 ventilation control system design is directly related to the merits of mine safety and economic benefits. The main subject of study of realtime monitoring mine ventilation, which gives the CO, wind speed, temperature, dust sensor design, through the microcontroller mands the results sent to the monitor and alarm management operation. The mine ventilation system effectively solves realtime detection and control. The main research is as follows: It mainly designs the transmitter circuit of CO sensor probe, the transmitter circuit achieves the amplification、alarm、conversion functions of the signal. It mainly designs the core processing unit circuit board. The whole system needs to monitor three parameters, including twochannel A/D and 1wire bus digital signal. The output of CO sensor is voltage signal and the wind speed sensor is current signal, the core board will achieve the current to voltage conversion。整個系統(tǒng)要實時監(jiān)測參量變化，同時要實時顯示在液晶12864上，當(dāng)CO濃度超過預(yù)設(shè)置的報警點時，主控箱進行聲光報警，當(dāng)粉塵濃度超標(biāo)時進行粉塵除塵設(shè)備開啟。其中CO傳感器是電壓信號，風(fēng)速傳感器是電流信號，粉塵傳感器是電阻阻值，核心板將實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，包括基準(zhǔn)恒壓電路、接口電路等。(2) 核心板處理單元的電路設(shè)計。本課題的主要研究工作如下： (1) 前端處理電路的設(shè)計和制作。本課題主要研究礦山通風(fēng)實時監(jiān)控，其中給出了CO、風(fēng)速、溫度、粉塵傳感器的設(shè)計，通過單片機的命令將結(jié)果通過顯示器及報警傳送給管理人員進行操作。這些事故中，絕大部分是通風(fēng)不良而引起。哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目： 基于MSP430礦山通風(fēng)實時監(jiān)控系統(tǒng) 院、 系： 測通學(xué)院 測控技術(shù)及儀器系 姓 名： 張 虎 指導(dǎo)教師： 施云波 系 主