矿井监测监控技术课程设计方案

本科《煤矿检测监控技术》课程设计方案1阐述煤矿检测监控技术课程的目的与意义：《煤矿检测监控技术课程设计》这门课程是一门实践性较强的设计性课程，是培养电气工程及其自动化专业学生工程实践能力的重要环节，需要学生投入大量精力来搞好整个设计，在整个设计中锻炼学生的团结互助和独立开发设计的能力，小组内的学生必须有较为明确的分工。本课程要求学生综合应用电路分析、模拟电路、数字电路等基础课程和煤矿监测监控技术等专业的知识设计并制作一个与矿井监控系统相关的电子作品的。根据题目的难易程度，由2~3人构成一个小组共同完成。学生可自发组织一个小组，也可由老师指定。通过课程设计培养学生的团队合作精神以及产品开发能力，为毕业设计打下一定的基础。2课程设计题目和要求：设计为两个阶段：1） 到煤矿参观矿井监测监控系统，搜集相关技术资料，时间2天（内容、地点、方案另见计划）。2） 分组设计，时间8天。课题1、矿井机电设备开停传感器电路设计设计指标：（1） 检测机电设备供电电缆的电流，判断设备开停状态，就地显示并将开停状态上传到系统分站系统；（2） 具有良好的灵敏度，就地显示设备开停状态，恒流型输出或频率型输出；（3） 分站供电，供电电压12—24伏；（4） 采用分立和集成电路元件设计；设计要求：（1） 采用EWB软件或Proteus软件绘制原理图，确定每个元件参数；（2） 进行电路仿真，记录仿真波形，将电路图和仿真波形复制到word文档中，保存以备用于课程设计报告。（3） 列出所有元件清单，由班长统一报实验室准备元器件及材料；（4） 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求，记录实验结果。课题2、风门开/闭传感器电路设计设计指标：（1）检测矿井巷道风门开/闭状态，就地显示并将开/闭状态上传到系统分站系统；（2）具有良好的灵敏度，就地显示风门开/闭状态，恒流型输出或频率型输出；（3）分站供电，供电电压12—24伏；（3）采用分立和集成电路元件设计；设计要求：（1） 采用EWB软件或Proteus软件绘制原理图，确定每个元件参数；（2） 进行电路仿真，记录仿真波形，并将电路图和仿真波形复制到word文档中，保存以备用于课程设计报告。（3） 列出所有元件清单，由班长统一报实验室准备元器件及材料。（4） 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求，记录实验结果。课题3、矿井温度传感器电路设计设计指标：（1） 测量矿井生产环境温度，就地显示温度值并将温度值上传到系统分站系统；（2） 具有良好的灵敏度，就地显示环境温度值，恒流型输出或电压型型输出；（3） 测温范围：-10—50°C；恒流输出：1—5mA；电压型输出：0—5伏；分站供电，供电电压12—24伏；（4） 采用分立和集成电路元件设计；设计要求：（1） 采用EWB软件或Proteus软件绘制原理图，确定每个元件参数；（2） 进行电路仿真，记录仿真波形，将电路图和仿真波形复制到word文档中，保存以备用于课程设计报告。（3） 列出所有元件清单，由班长统一报实验室准备元器件及材料；（4） 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求，记录实验结果。课题4、矿井甲烷传感器电路设计设计指标：（1） 测量矿井生产巷道甲烷，就地显示甲烷值并将甲烷值上传到系统分站系统；（2） 具有良好的灵敏度，就地显示巷道甲烷测量值，恒流型输出或电压型型输出；（3） 具有报警和断电功能，报警点、断电点均连续可调；（4） 测CH4值范围：0—5%；恒流输出：1—5mA；电压型输出：0—5伏；分站供电，供电电压12—24伏；（5）采用分立和集成电路元件设计；O设计要求：（1） 采用EWB软件或Proteus软件绘制原理图，确定每个元件参数；（2） 进行电路仿真，记录仿真波形，将电路图和仿真波形复制到word文档中，保存以备用于课程设计报告。（3） 列出所有元件清单，由班长统一报实验室准备元器件及材料；（4） 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求，记录实验结果。课题5、矿井负压传感器电路设计设计指标：（1） 测量矿井生产巷道负压状态，就地显示负压值并将压力值上传到系统分站系统；（2） 具有良好的灵敏度，就地显示巷道负压测量值，恒流型输出或电压型型输出；（3） 测压范围：0—1500Pa；恒流输出：1—5mA；电压型输出：0—5伏；分站供电，供电电压12—24伏；（4） 采用分立和集成电路元件设计；设计要求：（1） 采用EWB软件或Proteus软件绘制原理图，确定每个元件参数；（2） 进行电路仿真，记录仿真波形，将电路图和仿真波形复制到word文档中，保存以备用于课程设计报告。（3） 列出所有元件清单，由班长统一报实验室准备元器件及材料；（4） 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求，记录实验结果。课题6、矿井分站模拟信号输入调理电路设计设计指标：（1） 要求设计矿井分站模拟信号输入调理电路包含滤波器、选通电路、测量、比例放大调整和采样保持电路；（2） 滤波器过滤信号传输干扰、选通电路为8选1通，可扩展为16选1通、放大器采样4集成通用集成运算放大器，可进行增益调整。（3） 分站供电，供电电压12—24伏；设计要求：（1） 采用EWB软件或Proteus软件绘制原理图，确定每个元件参数；（2） 进行电路仿真，记录仿真波形，将电路图和仿真波形复制到word文档中，保存以备用于课程设计报告。（3） 列出所有元件清单，由班长统一报实验室准备元器件及材料；（4）安装调试所设计的电路，使之达到设计要求，记录实验结果。课题7、矿井安全监控系统管理设计设计指标（1） 选择不同监控系统（如KJ-4、KJ-101）等系统，针对不同矿井产量和采区分布、矿井瓦斯含量与其他监测对象，提出系统管理方案。（2） 针对选择的监控系统，提出监控系统的硬件管理措施。（3） 针对选择的监控系统软件，提出基于视窗XP操作系统的软件管理措施。设计要求：（1） 制定程序设计纲要，绘制系统流程图、制定结构化程序设计和模块化程序设计。（2） 硬件管理措施应该包括：系统管理规范、系统管理内容、系统分站维护、传感器管理标校和维护、报警点、断电点、复电点。（3） 软件管理措施应该包括：系统定义、输入定义、输出定义、定义存储器、定义信息处理方法、定义操作要求。课题8、矿井安全监控系统选型设计（1） 针对不同矿井产量和采区分布、矿井瓦斯含量与其他监测对象，提出选择不同监控系统（如KJ-4、KJ-101）等系统。（2） 针对不同矿井的具体技术要求和资金投入，提出选择监控系统的硬件设备类型。（3） 选择适合矿井需求的计算机及其软件系统。设计要求：（1） 制定系统设计纲要，绘制系统硬件分布图、分站结构图和传感器分布结构图。（2） 硬件技术指标包括：系统管理规范、系统管理内容、系统分站维护、传感器管理标校和维护、报警点、断电点、复电点。（3） 硬件与软件系统概算及其价格清单包括：设备序号、名称与规格型号、数量、单价、总价。课题9、矿井安全监控系统安装设计（1） 选择监控系统（如KJ-4、KJ-90、KJ-101选择其一）提出根据不同矿井产量和采区分布、矿井瓦斯含量与其他监测对象的具体系统类型，分站数量、传感器种类。（2） 针对不同矿井的具体技术要求，选择监控系统的网络结构和通讯方式，选择硬件设备类型。（3）选择适合矿井需求的计算机及其通讯系统连接方案。设计要求：（1） 制定系统设计纲要，绘制系统硬件分布图、分站结构图和传感器分布结构图。（2） 硬件技术指标包括：系统管理规范、系统管理内容、系统分站维护、传感器管理标校和维护、报警点、断电点、复电点。（3） 提出分站、传感器、各种线缆、断电仪、控制设备的安装地点与位置，提出安装技术规范和操作要领。3设计分组要求：这次课程设计总共给了9个题目，6人左右为一大组，选择一个题目；3人为一小组，配合进行课程设计。4学生进行课程设计的程序:（1）选择题目：由班长或学习委员根据班上学生情况在给定的6个题目中进行分配，每6人左右为一大组，选择一个题目；⑵搜索资料：根据题目，到现场、上网或上图书馆查资料，根据搜索到资料进行整理，如果查到好几个方案，要求学生对几个方案进行综合分析、评估，评价各方案的优劣。在找到的几个方案中，选择一个相对比较合理的方案，同时，建议学生对网上或书上找到的方案进行改进，进一步提高方案的优越性。在网上搜索资料时，主要通过google和百度两个搜索引擎进行搜索。或者通过学校图书馆登录中国知网，在中国期刊全文数据库查找资料，中国期刊网网址：48/kns50/Brief.aspx?ID=CJFD&classtype=&systemno=&NaviDatabaseName=&NaviField=如要设计“矿井甲烷传感器电路设计”，那么进入百度页面，在搜索栏中输入“矿井甲烷传感器电路设计”，如果搜索方式选择“网页”，就会列出很多与稳压电源有关的网页；如果搜索方式选择“图片”，搜索结果中就会有很多关于稳压电源的原理图。对一个课题，建议至少找出5种方案进行综合分析，挑出最适合的一个方案来进行改进。⑶电路图绘制及仿真：确定具体方案后，使用EWB或PROTEUS画出电路原理图，并进行电路仿真，有些元件如果没有仿真模型的话，将无法进行仿真，在绘制原理图时，也会出现找不到相应元件的情况，因此进行电路方案选择时，尽量选择使用常用元件的电路方案。把电路仿真结果记录下来，如果是波形，将波形复制到word文档中保存下来，以备以后写课程设计报告时用。（4）绘制连线图：连线图是根据原理图，按照实际器件的封装形式绘制的原理图。完成电路仿真，如果有电路板设计基础的同学，可以设计PCB图，但一般情况下，没有时间进行PCB设计；下一步工作就是用万能板搭建电路，根据绘制的原理图，在纸上画出对应的连线图（对缺乏经验的学生来说，这一步非常重要，如果不画连线图就连线，最后出错的可能性很大）。画连线图时，要考虑好原件的布局，管脚和连线比较多的集成器件，一般放在电路图中间，电阻电容等元件放在四周。（5） 元器件安装与连线：根据连线图，首先进行安装核心元件，然后放置周边非核心元件；根据实际的电路形式，一定要进行合理的元件布局，使布线根数最少，布线长度最短，尽量减少连线和焊接难度。在这一步一定要认真仔细，否则将增加后面电路调试的难度。（6） 电路故障检测与调试：对于缺乏实践经验的学生来说，一个电路安装连线完成之后，一般不可能直接通电电路就能正常工作，而需要完成电路检查保证基本无误的情况下才能通电实验！否则有可能因为电路短路或误连造成烧坏元器件。此外，选择使用交流电源时，一定要注意人身安全，如果电路中引入强电，要求学生在通电实验前需经老师检查确保没问题的情况下才能通电实验。通电前注意以下3个重要环节的检查：A外观检查：检查电路外观，看电路中是否有连线短路情况，焊接的线头是否松动、虚焊，如果存在问题，进行相应处理。B电源与接地检查：用万用表检查电源对地电阻，确保电源对地不短路，电源对地电阻值正常。C用万用表检查各连接点之间是否连通：对于管脚及导线间距较小地方，用万用表认真检查是否短路。这一步注意排除电路中的虚连和短路情况。完成以上3个环节的检查，基本上就可以进行通电试验了。（7） 电路实验及数据波形记录：完成电路检查与调试，最后一步工作就是进行电路的实验，记录实验数据和试验波形。（8） 撰写课程设计报告：完成以上工作之后，最后留一天时间撰写课程设计报告，对课程设计进行总结。5课程设计评分标准：课程设计总分=课程设计报告（40%）+电路功能完成情况（30%）+课程设计过程是否认真、纪律与考勤情况（30%）对于部分设计，如果电路比较复杂，搭建电路实验有一定难度，可以用电路仿真代替，但是在课程设计报告中，必须有比较详细的仿真结果。此外，如果要想得优，需向老师提出口头申请并由老师提问，老师确定学生在课程设计过程中各环节确实做的很好，才能进行评优。6课程设计纪律要求：这次煤矿检测监控技术课程设计任务量较大，要很好的完成课程设计需要大家抓紧时间。因此在课程设计期间，尤其是上网查资料时，严禁在机房玩游戏、看电影和QQ聊天。发现一次玩游戏或看电影的违规行为，将取消评优资格；发现2次以上将提出严重警告，成绩降为不及格。7课程设计报告撰写规范电路调试达到设计要求后，学生需要完成：1）设计全过程作出系统总结报告。（不少于1000字）总结报告内容：收获和体会。2）按照一定格式写出设计说明书。（不少于5000字）课