智能矿工工作安全监测系统设计

摘要 摘要 系统的测试PAGEIIPAGEPAGE235系统的测试5.1软硬件调试软硬件调试对确保系统正常运行相当重要，调试过程包含硬件连接测试，单模块功能测试与系统集成测试，调试阶段内容逐步过渡，调试完成之后系统运行逐步正常化。硬件连接测试偏重检查模块电气连接的正确性，万用表测量电源点电压时，STM32，传感器模块与通信模块供电正常性通过测量确保，示波器观察时钟信号和通信信号波形用以验证信号质量，I2C，SPI和串口通信线路同样在检查中，短路或断路现象受到避免，部分连接不稳定与信号干扰问题在测试中发现并处理，为后续调试奠定基础。单模块功能测试时，各功能模块独立进行检测，OLED显示测试中，验证字符，数字与图形的显示功能。传感器模块测试时，对已知数据源进行测量，像MLX90614ESF的测量结果就通过标准温度计对比，MQ-7和MQ-135的检测结果借助标准气体对比，MAX30102模块准确性依据医用心率血氧仪对比验证，ESP8266模块测试包含WiFi连接，数据发送与接收内容，测试各模块时发现部分驱动程序与参数设置存在缺陷，修复之后模块可靠性增加。系统集成测试验证各模块协同工作的性能，测试中时序与资源冲突问题逐步显现，优化软件结构并增加互斥机制后，相关问题处理完成。报警功能模拟超限测试显示异常状态能够识别并触发报警机制，长时间运行测试对系统稳定性和功耗表现进行验证，多次优化在测试后完成，系统响应速度和可靠性显著提升。5.2实物运行演示本章对系统整体的功能进行了展示，先把电源接口插电，按总开关后如果成功通电通电指示灯会亮。第二部打开手机热点和WiFi模块链接，成功链接之前OLED显示屏上会显示WiFi名称，成功连上后界面会显示空气质量，体温，心率血氧，一氧化碳，位置信息和湿温度。通过按按钮一可以切换界面，按下按钮一次界面切换到体温阈值设置，按下第二个按钮会增加阈值，按下第三个按钮会减少阈值。第一个按钮按下第二下，界面会切换到心率上线设置，按第二按钮会增加阈值，按第三个按钮会减少阈值。把第一个按钮按第三下界面会切换心率下限值设置，按下第二个按钮会增加阈值，按下第三个按钮会减少阈值。第一个按钮第四下界面会切换到血氧上限设置，按下第二个按钮会增加阈值，按下第三个按钮会减少阈值。把第一个按钮按第五下界面会切换到空气质量上限设置，按下第二个按钮会增加阈值，按下第三个按钮会减少阈值。按第一个开关第六下界面会切换到一氧化碳上限值设置，按下第二个按钮会增加阈值，按下第三个按钮会减少阈值。按第一个按钮七下界面会切换到湿度上限值，按下第二个按钮会增加阈值，按下第三个按钮会减少阈值。第一个按钮按下第八下界面会切换到主界面。按下第四个开关第一下，界面会切换到注册卡设置，这是注册第一个卡的界面，把卡1号刷到RFID模块后界面会显示成功注册。按下按钮五第二下后界面会显示注册卡2，把卡2刷到RFID模块后界面会显示成功注册。按下第五个按钮第三下，界面会显示注册卡3，把第三个卡刷到RFID模块后，显示屏会显示注册成功。把第四个按钮按下第二下后显示屏会显示注销卡设置，再把刚注册成功的三个卡一个一个刷到RFID模块后显示屏按次会显示注销成功。把第四个按钮按第四下后显示屏会返回到主界面。注销卡之前回到主机面，主界面右上角显示矿井工作位置，如果是A位置，把注册完的卡刷到RFID模块后显示屏显示达到位置A。按下按钮七第一下，主界面位置会切换到B位置，把注册完的卡刷到RFID模块后，显示屏显示达到位置B。按下第七个按钮第二下后，主界面按钮会切换到位置C。把注册完的卡刷到RFID模块后显示屏会显示到达位置C。把按钮七按下第三下后主界面右上角会显示位置A。如果监测到的参数超过了设置的上限值或者没达到下限值，报警灯亮，蜂鸣器报警，风扇会启动。按下按钮六就可以关闭蜂鸣器报警声音。按下按钮六第二下打开蜂鸣器报警声音。最后按下电源按钮，会关闭监测系统。系统整体实物图5.1所示。图5.1系统实物图生命体征监测演示时，MAX30102传感器测量测试人员的心率与血氧水平，MLX90614ESF传感器对体温进行测量，测试数据结果为心率测量误差在±3bpm范围内，血氧测量误差在±2%范围内，体温测量误差在±0.5℃范围内，达到监测要求，系统可实时显示数据，并依据预设阈值判断数据是否异常。MQ-135与MQ-7传感器分别测量空气质量和一氧化碳浓度，DHT11传感器检测环境湿度，进行环境参数监测演示，使用香烟烟雾模拟污染源，加湿器验证气体传感器和湿度传感器的响应性能，传感器响应迅速，环境变化可以及时检测，测量数据保持稳定可靠，测试结果表明传感器性能达到要求。位置追踪演示中，RC522模块识别预先注册的RFID卡片，模拟矿工在A，B，C等不同位置移动，测试结果显示，系统完成卡片识别后记录矿工到达的位置，并在OLED屏幕上显示相关信息，卡片注册和注销功。5.3本章小结本章详细说明智能矿工工作安全监测系统的测试过程与结果，软硬件调试完成，系统开发中的问题在调试中逐步处理，可靠性和稳定性也通过调试确保。实物运行演示验证五个核心功能，生命体征监测，环境参数监测，位置追踪，报警提示和远程数据传输包含在演示内容中，各模块正常工作，测量数据准确可靠，报警与控制功能及时响应，远程通信稳定畅通。矿工生命体征和工作环境可有效监测，安全隐患发现及时，预警和保护措施提供正常，测试显示系统存在不足，部分传感器存在测量误差，电池续航有限，这些不足为系统完善提供方向，系统达到预期设计目标，应用前景良好的特征显示工程学院毕业设计参考文献PAGEIIPAGE23PAGE23参考文献谢广祥，范浩，王磊．浅埋煤层采场围岩力链演化规律及工程应用［J］．煤炭学报，2019，44(10):2945－2952.徐晓慧.高温高湿环境对矿工安全行为能力的影响机理研究[D].西安建筑科技大学,2023.崔颖，毕光宇，王宁宁，等．慢性肾脏病高磷血症与心血管昼夜节律异常关系研究进展[J]．中华实用诊断与治疗杂志，2022，36(02)：206-209．冯瑾,李鑫.WIFI技术在矿井无线通信中的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2011,(12):213-214.何少杰.矿井远程监控中WIFI技术应用研究[J].能源与节能,2018,(06):159-160+169.陈湘源.煤矿无线通信系统的现状与发展[J].工矿自动化,2009,(01):33-36.龙祖连,王丽磊,幸敏.基于Zigbee技术的矿井环境信息监测系统设计[J].电子制作,2023,31(19):11-13.刘艳峰.基于ZigBee的矿井环境监测系统的设计[J].电子产品世界,2023,30(6):35-38.王一帆,刘云,方超.基于本质安全优化有毒气体报警监控系统设计[J].全面腐蚀控制,2023,37(3):61-64.曹旨昊,张辛欣,牟少敏,等.基于ZigBee的山区农田环境监测系统设计[J].计算机应用与软件,2023,40(3):66-71.费正龙.基于ZigBee的室内火灾监测报警系统[J].物联网技术,2023,13(11):35-36.张彩娇.基于ZigBee无线通信技术的基站安全监控系统设计[J].数字通信世界,2023(3):5-7.宋孟华,王泽,刘雪梅,等.基于ZigBee和NB-IoT融合网络的实验室智能监控系统实现及应用[J].自动化与仪表,2023,38(5):101-104.张梦哲,罗刚,叶飞.一种基于zigbee的酿酒环境监测系统:CN202223351087.6[P].CN219287728U[2024-03-16].梁水英.基于ZigBee的加氢站环境监测系统的设计[J].现代信息科技,2023,7(12):178-181.王新平,申宇,苏畅,等.矿工安全行为的群体演化和干预策略研究:基于多智能体仿真分析[J].金矿山,2024,(08):197-205.徐晓慧.高温高湿环境对矿工安全行为能力的影响机理研究[D].西安建筑科技大学,2023.聂兴信.高温矿井热湿环境对矿工安全的影响机理及热害治理对策研究[D].西安建筑科技大学,2020.张新.矿井无线数据传输现状分析与系统设计[J].化工矿物与加工,2020,49(01):32-35+40.附录APAGE23PAGE23附录A工程学院毕业设计附录BPAGE23PAGE23附录B主程序：#include"main.h"#include"adc.h"#include"tim.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"./HAL/key/key.h"#include"./HAL/OLED/OLED_NEW.H"#include"./HAL/delay/delay.h"#include"./HAL/dht11/dht11.h"#include"./HAL/GY_906/GY_906.h"#include"./HAL/MAX30102/max30102.h"#include"./HAL/RC522/mfrc522.h"#include"./HAL/AliESP8266/AliESP8266.h"/*USERCODEENDIncludes*//*Privatetypedef*//*USERCODEBEGINPTD*/voidKey_function(void); //按键函数voidMonitor_function(void); //监测函数voidDisplay_function(void); //显示函数voidManage_function(void); //处理函数/*USERCODEENDPTD*//*Privatedefine*//*USERCODEBEGINPD*//*USERCODEENDPD*//*Privatemacro*//*USERCODEBEGINPM*//*USERCODEENDPM*//*Privatevariables*//*USERCODEBEGINPV*/uint8_tkey_num,flag_display; //按键与显示变量uint16_ttime_1ms,time_500ms; //计时变量1ms,500msuint16_thumi,body_temp,temp_jian,body_yu=370;//温湿度、体温和体温阈值uint16_theart_rate,heart_min=60,heart_max=140;//心率及上下限uint8_tblood_oxygen;//血氧uint8_tblood_yu=95,humi_yu=80;//血氧阈值,湿度阈值uint8_tdisplay_buf[30];uint8_tmq135,mq7,mq135_yu=50,mq7_yu=50;//空气质量、一氧化碳及其阈值uint8_tbeep_flag=1,alarm_flag;//多通道数据获取uint8_tadc_ch;//adc的个数uint32_tadc_buf[3];//adc数值的存储数组uint8_tlocation;charloca[3][2]={{'A','\0'},{'B','\0'},{'C','\0'}};/*RFID相关变量*/uint8_tTemp[4],UID[4];uint8_tconstDefaultKey[6]={0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF};//校验密码uint8_tRC522_Buf[16]; //RC522接收数据存储数组uin