井下安全监控-设计说明书
电子校园网 编号：
CP-51-2021-029-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于STC89C52单片机的井下安全检测系统。该系统通过中控部分、输入部分和输出部分的组合，实现了对井下环境温度、风速、瓦斯和PM2.5值的检测，并通过LCD1602显示模块进行实时显示和调整阈值。当测量值不在设定的阈值范围内时，系统会通过蜂鸣器和LED指示灯进行声光报警。中控部分采用了STC89C52单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理和控制输出部分。输入部分包DS18B20温度检测模块、风速传感器、瓦斯传感器、PM2.5传感器和独立按键，分别用于检测环境温度、风速、瓦斯和PM2.5值，并通过独立按键进行界面切换和阈值调整。输出部分由LCD1602显示模块、蜂鸣器和LED指示灯组成，用于实时显示测量值和报警。通过实验验证，该系统能够准确、实时地检测井下环境的温度、风速、瓦斯和PM2.5值，并在测量值超出设定阈值时及时进行声光报警，提供了有效的井下安全保障。该系统具有简单、可靠、实用的特点，可广泛应用于井下环境的安全监测和预警。
关键词：单片机；PM2.5传感器；MQ-4瓦斯传感器
字数：10000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
3.5 PM2.5粉尘传感器
3.6 风速传感器
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 界面显示检测实物测试
5.3 设置温度阈值实物测试
5.4 温度报警提示实物测试
5.5 相关参数自动报警实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
气体是以甲烷为主的有毒有害气体的总称。在煤矿开采和生产过程中，它将继续涌入开采空间，对井下生产活动造成严重的安全威胁，是煤矿五大灾害之一。在煤矿生产中，防止瓦斯超限一直是非常重要的。随着现代科学技术的发展，煤矿安全监测系统的应用越来越广泛。采用各种传感器对矿井生产系统的安全和各采掘工作面的瓦斯浓度进行监测。为煤矿安全生产提供了一定的保障。
生产是人类社会存在和发展的基础。如果生产中存在各种隐患，就会有各种不安全因素，使生产不能顺利进行。因此，安全是生产的必要条件。在生产中，只有保证安全，才能持续稳定地发展。因此，我们首先要牢记安全的概念，我们将继续采取实际行动，确保安全再生产。在煤矿安全生产中，防止瓦斯超标是十分重要的，是生产的主要前提，是安全的基础，因此采用各种瓦斯超限防治技术，包括监测技术。由于互联网对不同监控系统的监控，可以完成监测数据的采集、传输、处理和预警控制等各种任务。因此，随着煤炭工业的发展，瓦斯监测与检测系统、传感器技术、信息传输技术、计算机应用技术、控制技术等技术也逐渐发展起来。因此，我们研究井下空气质量安全监控有很大的现实意义。
1.2 国内外研究现状
国内煤矿安全监测监控技术现状
(1)安全监测技术标准化工作的完善。《煤矿安全规程》中明确规定:“所有矿井必须装备矿井安全监测监控系统。矿井安全监测监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程和相关规定的要求”。规范标准的出台，为提高煤矿安全监测监控系统的整体可靠性和安全性提供了重要的依据。(2)传输方式及容量的改变。煤矿井下监测系统多采用了数字频带传输技术。随着煤矿监控系统内容和容量的增加，光纤传输系统逐步取代老旧的传输方式，极大地提高了运行速度和稳定性。(3)软件功能的增强。借助互联网技术，可以实现监控信息共享，也可以实现处理管理信息功能。一旦井下发现险情，可以立即进行报警语音播报。(4)传感器研发的加强。传感器的稳定性和可靠性是煤矿监测监控系统能否准确监测环境参数的关键技术。各种新型传感器纷纷被研制出来，例如二氧化碳传感器、采空区多点温度传感器等，积极地促进了煤矿监测监控系统的发展。
国外煤矿安全监测监控技术现状
(1)光纤技术的应用。光纤通信技术是国外煤矿监测监控系统发展特征之一。光纤技术应用之一就是利用光纤传输数据通道将地面中心站与井下分站连接起来，极大地提高了信息传输速度和容量。(2)光纤分布式测温技术的应用。西方发达国家在20世纪90年代初，率先利用该技术对带式运煤机巷道火灾情况进行监测，该技术一大优点是可以对整个巷道敷设区域进行不间断连续温度监测(FTＲ技术)。(3)光纤气体检测技术的发展。
1995年美国矿业局研发了针对矿井中的CO、SO2、NO23种气体进行监测的光纤环境检测报警系统。该系统使用的传感器均为低功耗电化学式传感器。CO传感器采用固体电解质，有效期可达9a。SO2、NO2传感器采用液体电解质敏感元件。(4)其他传感器新技术。传统载体催化式甲烷传感器存在稳定性差、敏感元件寿命低的问题，为解决这一难题，英国采用气体扩散技术，使其中毒性能提高10倍;法国利用热催化原理，成功应用于GTMQG型甲烷监测仪器，大大提高了仪器使用寿命、可靠性。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
设计是一个基于STC89C52单片机的井下安全检测系统。系统通过中控部分、输入部分和输出部分的组合实现对井下环境的温度、风速、瓦斯和PM2.5值的检测，并提供实时显示和报警功能。中控部分使用STC89C52单片机作为核心控制器，负责数据处理和控制输出部分。输入部分包括多个传感器模块和独立按键，用于检测环境参数和用户交互。输出部分包括显示模块、报警器和指示灯，用于实时显示参数和报警提示。该设计具有简单、可靠、实用的特点，适用于井下环境的安全监测和预警。
