【正文】 于水，擴散性較空氣高。串口通訊軟件對單片機而言意義重大，不但可以實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且能實現(xiàn)電腦對單片機的控制。采用ATMEL公司的 DataFlash存儲器AT24C02存儲設定的參數(shù)及大_量的測量數(shù)據(jù)。本課題采用具有較高性價比的單片機AT89552構(gòu)成煤礦氣體監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)氣體傳感器測量的信號，實現(xiàn)對CH4的成分識別和濃度測量。接著介紹了監(jiān)測系統(tǒng)的設計要求，由于煤礦井下工作環(huán)境特殊，空間狹窄，濕度大，有易燃易爆的瓦斯和煤塵，所以，煤礦電氣設備必須符合防爆要求，應有接地、過流、漏電保護裝置。論文的主要工作如下:以AT89552單片機作為硬件電路核心，研制煤礦瓦斯(CH4)監(jiān)測系統(tǒng)，開發(fā)出實現(xiàn)對CH4的識別、濃度監(jiān)測、閥值報警以及實時上傳數(shù)據(jù)至地面監(jiān)控PC，通過串口通訊軟件界面顯示。如何確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。隨著煤礦大型工作面及巷道的產(chǎn)生，瓦斯傳感器和分站的傳輸距離拉長，同時開采深度不斷的增加，使瓦斯變化越發(fā)無常，這就給煤礦瓦斯監(jiān)控帶來了新的問題:如何能夠有效的檢測現(xiàn)場信號。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， 。礦山機電班治金行業(yè)管理作者：日期： 畢 業(yè) 設 計（論文）（說 明 書）題 目：煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 姓 名： 王燕 學 號： 20102000694平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院2013 年 5 月 20日平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢 業(yè) 設 計 （論文） 任 務 書姓名 王燕 專業(yè)班級 礦山機電（主方向）一班 任 務 下 達 日 期 2013 年 3 月 4 日設計（論文）開始日期 2013 年 3 月 11 日設計（論文）完成日期 2013 年 5 月 20 日設計（論文）題目： 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 指 導 教 師 馬強 系（部）主 任 郭宗躍 2013 年 5 月 20 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）答辯委員會記錄 電力工程 系 礦山機電（主方向） 專業(yè)，學生 王燕 于 年 月 日進行了畢業(yè)設計（論文）答辯。設計題目： 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 專題（論文）題目： 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 指導老師： 馬強 答辯委員會根據(jù)學生提交的畢業(yè)設計（論文）材料，根據(jù)學生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學生 王燕 畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)? 。平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）評語第 頁共 頁學生姓名： 王燕 專業(yè)班級 礦山機電（主方向）一班 年級 10級 畢業(yè)設計（論文）題目： 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 評 閱 人： 指導教師： （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）及答辯評語： 摘要煤炭是我國的主要能源，煤礦安全生產(chǎn)中有很多重大危險源，其中瓦斯安全事故頻發(fā)，如何預防瓦斯災害的發(fā)生，保障煤礦安全生產(chǎn)，一直是廣大煤炭科技工作者研究的重要課題。如何進行遠距離傳輸、實時處理。本文針對上述問題進行研究，應用計算機技術、單片機技術和通訊技術，開發(fā)出了“煤礦瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)”，較好的解決了煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的這些問題。論文首先闡述了CH4監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀，通過對無火焰燃燒式CH4傳感器的原理分析確立了系統(tǒng)的研發(fā)方向。在此基礎上，詳細論述了瓦斯氣體監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路設計與系統(tǒng)軟件設計及實用分析。使用按鍵面板輸入外部命令。采用RS一485協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳，由地面串口通訊軟件接收處理。關鍵詞：瓦斯 監(jiān)控系統(tǒng) 傳感器 控制目錄摘要 1目錄 2第一章 瓦斯簡介 4 4 4 9 10 11第二章 瓦斯傳感器原理 12 12 15 15. 16 17第三章 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 20 20 20 21 21 23 MAX7219顯示電路 26 I2C總線接口電路 29 33 34 35第四章 總結(jié)與展望 39 39 39參考文獻 41致謝 42第一章 瓦斯簡介瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體，有時單獨指甲烷。瓦斯無毒，但濃度很高時，會引起窒息。當空氣中瓦斯含量為5%～16%時，遇火會引起爆炸，造成事故。瓦斯爆炸時會產(chǎn)生3個致命的因素：爆炸火焰、爆炸沖擊波和有毒有害氣體。礦井瓦斯爆炸往往引起煤塵爆炸、礦井火災、井巷坍塌和頂板冒落等二次災害。煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)是煤炭高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)的重要保證。由于煤礦井下是一個特殊的工作環(huán)境，有瓦斯（主要成份是甲烷）等易燃、易爆性氣體，有硫化氫等腐蝕性氣體，有淋水、環(huán)境潮濕、空間狹小、礦塵大，電磁干擾嚴重、電網(wǎng)電壓波動大、工作場所分散且距離遠。這主要體現(xiàn)在電氣防爆、傳輸距離遠、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)宜采用樹形結(jié)構(gòu)、監(jiān)控對象變化緩慢、電網(wǎng)電壓波動適應能力強、抗干擾能力強、抗故障能力強，不宜采用中繼器、傳感器宜采用遠程供電、設備外殼防護性能要求高等方面。因此，有必要借鑒一般工業(yè)監(jiān)控原理和先進技術，針對礦井監(jiān)控的特殊性，進行礦井監(jiān)控理論和系統(tǒng)的研究，這對于促進礦井監(jiān)控理論和技術發(fā)展、促進產(chǎn)品標準化與通用化，降低設備成本、提高系統(tǒng)可靠性、保障煤炭高產(chǎn)、高效安全生產(chǎn)，具有重大的理論意義和實用價值。一．國內(nèi)外瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展從1960年開始，隨著微型計算機技術、通信技術的發(fā)展，國外煤礦安全檢測已經(jīng)不單單是自動檢測礦井瓦斯?jié)舛葏?shù)，而是集多種安全狀態(tài)參數(shù)于一體的檢測技術，是傳感器技術、半導體材料技術以及通信技術的綜合產(chǎn)品。其中最具代表性的是20世紀60年代中期法國的CCT63／40煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，它可測量瓦斯、一氧化碳、風速、溫度等參數(shù)，最多測40個點。到了1973年，重慶煤礦安全儀器廠等5家單位協(xié)作，研制成功了長期連續(xù)監(jiān)測瓦斯的AYJ1型瓦斯遙測儀，隨后又有ABD1型瓦斯斷電報警儀、AQD1型采煤機瓦斯斷電控制儀等產(chǎn)品出現(xiàn)，我國催化型礦井瓦斯檢測儀器的品種逐漸豐富起來 。隨著改革開放的國策出臺，我國開始引進了波蘭CMM安全監(jiān)測系統(tǒng)、英國的MINOS系統(tǒng)、美國的DAN系統(tǒng)和聯(lián)邦德國的TE200系統(tǒng)。到了90年代，我國先后研制出了KJKJKJKJ1KL1KJ3KJ6KJ7KJ80等煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。同時，“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)”的十二字方針和《煤礦安全規(guī)程》等法規(guī)文件，規(guī)定我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井必須裝備礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。瓦斯遙測系統(tǒng)是用來監(jiān)控井下環(huán)境中甲烷濃度的監(jiān)控系統(tǒng)，并具有瓦斯超限聲光報警和斷電功能。圖 甲烷傳感器將被測甲烷濃度轉(zhuǎn)換為電信號送斷電儀，并具有甲烷濃度顯示和甲烷濃度超過報警門限后聲光報警功能（也有一些瓦斯遙測系統(tǒng)將聲光報警箱與傳感器分離）。斷電儀對甲烷傳感器送來的甲烷濃度信號進行調(diào)制，將調(diào)制后的信號經(jīng)2 芯礦用信號電纜遠距離傳送至位于地面的遙測儀。斷電儀同時對接收到的甲烷濃度信號進行判別，若超過斷電門限，則通過控制繼電器切斷被控區(qū)域的動力電源，并實現(xiàn)閉鎖。遙測儀對接收到的調(diào)制信號解調(diào)后顯示，并進行報警判別，當甲烷濃度超過報警門限時，發(fā)出聲光報警信號。瓦斯遙測系統(tǒng)的主要技術特征是：單一甲烷監(jiān)測、就地斷電控制、聲光報警、數(shù)碼管或模擬表頭顯示、多筆記錄儀記錄、頻分多路復用、單向模擬傳輸、樹形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、采用分立組件或中、小規(guī)模集成電路。例如，用于軌道運輸監(jiān)控的信、集、閉系統(tǒng)，用于提升運輸監(jiān)控的信號系統(tǒng)和用于膠帶運輸監(jiān)控的信號系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的技術特征是單一開關量監(jiān)控、繼電器閉鎖控制、一對一模擬傳輸、模擬盤指示燈顯示、星形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、采用分立組件或中、小規(guī)模集成電路。煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要用來監(jiān)測甲烷濃度并實現(xiàn)甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制等。傳感器將被測物理量轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)3 芯或4 芯礦用電纜（其中1 芯用于地線、1 芯用于信號線、1芯用于分站向傳感器供電）與分站相連，并具有顯示和聲光報警功能（有些傳感器沒有顯示、或沒有聲光報警）。分站接收來自傳感器的信號，并按預先約定的復用方式（時分制或頻分制等）遠距離傳送給主站（或傳輸接口），同時接收來自主站（或傳輸接口）多路復用信號（時分制或頻分制等）。傳感器及執(zhí)行機構(gòu)距分站的最大傳輸距離一般不大于2Km 。分站至主站之間最大傳輸距離達10Km ，為減少電纜用量、降低系統(tǒng)電纜投資、便于安裝維護、提高系統(tǒng)可靠性，通常采用2 芯（用于單工、或單向）、3 芯或4 芯（用于雙向）礦用信號電纜時分制或頻分制多路復用（也有采用碼分制），樹形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、或環(huán)形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、或樹形與星形混合網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，串行數(shù)字傳輸（基帶傳輸或頻帶傳輸，異步傳輸或同步傳輸）。主站（或傳輸接口）接收分站遠距離發(fā)送的信號，并送主機處理；接收主機信號、并送相應分站。主機一般選用工控微型計算機或普通臺式微型計算機、雙機或多機備份。投影儀、模擬盤、大屏幕、多屏幕、電視墻等用來擴大顯示面積，以便于在調(diào)度室遠距離觀察。數(shù)據(jù)服務器是主機與管理工作站及網(wǎng)絡其它用戶交換監(jiān)控信息集散地。單方面多參數(shù)礦井監(jiān)控系統(tǒng)的技術特征是：( l ）傳感器及執(zhí)行機構(gòu)采用星形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與分站相連、單向模擬傳輸；( 2 ）分站至主站間采用樹形、環(huán)形或樹形與星形混合網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，多路復用時分制、頻分制或碼分制）、單工或雙工（個別系統(tǒng)采用單向）、串行數(shù)字傳輸（基帶傳輸或頻帶傳輸、異步傳輸或同步傳輸）。煤礦瓦斯監(jiān)測主要通過檢測儀器來實現(xiàn)。借助于敏感元件，對被測物理量進行檢測和信號變換，輸出模擬量信號或開關量信號的裝置，稱為傳感器。一、敏感元件敏感元件用于將被測物理量轉(zhuǎn)換成適于測量的電量信號，變換方法有直接和間接兩種。有些敏感元件的輸出并不是電量，需要通過轉(zhuǎn)化器件將其變?yōu)殡娏?，如載體催化元件是將瓦斯氣體濃度的變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，再通過電橋?qū)⑵渥優(yōu)殡妷盒盘栞敵?，即為間接轉(zhuǎn)換。干式氣敏原件有：①接觸燃燒式（熱線性、載體熱催化型），用于測量低濃度CH4。③半導體式，可用來檢測低濃度CH4。濕式氣敏元件主要是采用電化學原理，有定電位電解式，包括極譜儀式和伽伐尼電極式。通常包括放大、非線性補償、