陕西能源职业技术学院10级电气自动化 毕业生论文选题报告.doc

毕业生论文选题报告 学 号 100433415姓 名 张 健学 科 电气自动化指 导 老 师 孟 卓日 期 2013.4.19电子工程系电气自动化教研室一、文献综述（相关背景）： 我国是能源生产和消费大国，富煤、少气、缺油的资源特点及经济发展水平和经济实力，决定了我国以煤炭为主的能源结构在相当长的时期内是不会改变的。 众所周知，煤矿行业是一项很危险的工作，在各个国家的大小矿井中，每天都会有一系列的矿难发生，世界上每年至少有几千人死于矿难。常见的矿难有：瓦斯爆炸、煤尘爆炸、瓦斯突出、透水事故、矿井失火、顶板塌方等。在2003年，中国生产了世界约35%的煤，但在煤矿事故死亡人数上却占约80%。 随着我国国民经济的不断发展，对煤炭需求量也越来越大，这就使得煤矿的安全生产面临着一个十分严峻的问题。煤矿矿难事故屡屡发生，造成的原因有很多，其中不少是因为瓦斯爆炸引起的。为了防止瓦斯爆炸事故的发生，除了加强井下作业人员的管理，改善井下的作业环境外，还需要精确可靠适用范围广的瓦斯传感器。煤矿瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体的总称。有时也单独指甲烷。瓦斯在空气的体积分数达到一定的程度（5%12%）时，在一定条件下可与空气中的氧气发生剧烈的化学反应而形成瓦斯爆炸，对煤矿安全构成严重威胁。 我国矿井瓦斯监控技术经历了从简单到复杂、从低水平到高水平的发展过程。从新中国成立初期到20世纪70年代，煤矿下井人员主要使用光学瓦斯检定仪、风表等携带式仪器检测井下环境参数。20世纪60年代初期，我国开始研制载体催化元件，随着敏感元件制造水平的提高和电子技术的发展，特别是大规模集成电路、微型计算机的广泛应用，使监控技术进入了新的发展时期。20世纪70年代瓦斯断电仪问世，装备在采掘工作面、回风港道等井下固定地点，实现了对瓦斯的自动连续检测及超限自动切断被控制设备的电源。随后，陆续研制了便携式瓦斯监控检测报警仪、瓦斯报警矿灯。1983年至1985年，从欧美国家先后引进了数十套监控系统及配套的传感器和便携式仪器装备煤矿矿井，并相应地引进了部分监控系统、传感器和敏感元件制造技，由此推动了我国矿井安全监测监控技术的发展。1983年以后，国内有多种型号矿井监控系统通过了技术鉴定，逐步实现了对煤矿矿井安全、生产多种参数的连续监测、监控、数据存储和数据处理。近几年，随着计算机的发明和应用，特别是网络和信息化建设的不断发展，给瓦斯治理提供了机遇条件，煤矿瓦斯监控网络系统应运而生。这些装备和系统的推广与应用，丰富了我国煤矿安全监控 产品的市场，改善了煤矿安全技术装备的面貌，缩小了我国与国外先进技术水平的差距。 虽然现在在采煤方面科学技术和材料设备有了最大改进，但频繁发生诸如瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、矿井突水等重特大事故。针对煤矿安全生产中的共性、关键性和前瞻性的技术问题，以煤矿事故因素瓦斯、粉尘、水灾、等为重点研究对象，加强科技攻关，提高对煤矿主要灾害的识别能力、监测预警能力、防治与控制能力是当前煤矿生产的首要任务。煤矿安全装备是防治煤矿事故的重要手段，在防治灾害事故中发挥了重要作用，但目前仍有许多装备存在适应性不强、可靠性差的问题。 由于现在井下常用瓦斯传感器有以下的缺点： 1. 触媒有寿命限界。不同的环境劣化程度不一样，寿命也不一定，但可推定其概略值。 2. 触媒种类中有因水分引起急速劣化的，各厂商的产品不一样，要根据预定使用场所做一番调查再决定。 3. 超过爆发上限(HEL)浓度的瓦斯无法燃烧而使输出减少。使用于此种地反易发生危险要特别注意。 为了避免这一事故再次发生，科研人员为此研制了一种基于单片机原理专门检测瓦斯浓度的仪器，称之为“基于单片机智能瓦斯检测仪”。给予目前现状考虑开发新型瓦斯传感器不仅有利于提高工作效率节约成本、更加有利于保障了矿井安全。二、课题的研究目的及内容 课题主要研究目的：基于单片机的智能瓦斯检测仪的设计 以单片机为主控芯片的瓦斯浓度传感器，建立了一个智能传感器，硬件上采用了变流检测电路，通过液晶显示利于直接观察，报警装置的加入实现了对于突防事故的监测力度，并且加装了红外遥控系统更加有利于实现远程控制。 本设计是基于单片机的瓦斯检测仪的设计，该系统以单片机AT87C552为核心，包含甲烷浓度采样器、把220V的交流电转换成5V的直流电源、红外遥控系统、存储器的扩展、LCD显示器和报警装置等组成。该传感器可以有效的监测井下低浓及高浓瓦斯，试用范围非常广泛。监测到的信息传输到单片机，经单片机处理后发出指令，如果瓦斯超过规定值，传感器可以立即发出声光报警并自动发出执行指令以降低瓦斯浓度。 图1.1 原理框图三、课题的相关难点及解决方法： 核心单片机类型的选择：51系列单片机和87c552单片机的选择 本设计瓦斯传感器是以单片机为核心，所以对于单片机的选型决定了硬件的复杂和简单。要想把变流瓦斯检测电路、声光报警电路、红外遥控电路和电源电路都融合到单片机控制中，则要对相应的电路分配相应的单片机端口即I/O口。如果使用51系列单片机则由于此类单片机的I/O口只有三个，所以要满足设计要求则必须对单片机的I/O口进行扩展，使其达到设计所需要的口数，而这样就要用到芯片8155进行扩展这样不仅在硬件上显得繁琐，而且从性价比方面考虑成本也是比较高的，同时51系列单片机内部不包括A/D转换器，那么在硬件中还要加入此转换器才能把外部信号转换成单片机能识别的数字信号。 由于87c552单片机有5个外部双向8位输入/输出（I/O）口，这样对于我们的设计就在I/O口数量方面满足了我们的要求，而且它内部还集成了A/D转换装置，同时还满足模数转换的需要，所以综合进行考虑我们首选87c552单片机。四、预期效果： 通过瓦斯浓度传感器将井下瓦斯浓度传给单片机，单片机通过逻辑运算判断瓦斯浓度的值，再由显示器显示，并判断是否超过设定值，如果超过则发出声光报警，并且通过红外进行远程调节，使瓦斯浓度降低到设定值以下，从而保证井下工人作业环境的安全。五、参考文献：【1】余发山编著单片机原理及应用技术徐州：中国矿业大学出版社，2003年【2】刘守义等单片机技术基础M.西安电子科技大学出版社，2007.【3】2006康华光.电子技术基础M.北京：高等教育出版社.2006【4】王兆安，黄俊.电力电子技术M.西安：机械工业出版社.2009【5】戴梅萼，史嘉权.微型计算机技术及应用M.北京:清华大学出版社.2008【6】黄友锐.单片机原理及应用M.合肥：合肥工业大学出版社.2006【7】胡寿松.自动控制原理M.北京：科技出版社.2008【8】蔡美琴.MCS-51系列单片机单片机系统及应用M.北京：北京航空航天大学出版社.2003【9】苏凯等. MCS-51系列单片机单片机原理与设计M.北京：冶金工业出版社.2003【10】苏世栋.智能仪器与数据采集系统中的现状及发展M.山西：运城学院学报.2004【11】张卫钢.通信原理与通信技术M.西安：西安电子科技大学出版社.2008【12】谭浩强.C程序设计M.北京：清华大学出版社.2008【13】刘同法，陈忠平等，单片机基础与最小系统实践.北京：北京航空航天大学出版社，2007.【14】吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.805