2022年毕业设计方案外文翻译英doc.docx

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1、基于单片机的智能煤矿瓦斯监控系统的设计王春梅临沂师范学院信息学院山东临沂 27605 ）摘要： 为解决我国中小型煤矿存在的安全隐患问题，准时精确的检测瓦斯含量，提出了基于单片机的智能煤矿瓦斯监控系统；设计了智能瓦斯传感器系统，并采纳微型运算机处理技术，提出了一种特殊的、简便易行的软硬件设计方法；该系统削减了硬件电路的复杂程度以及不必要的人工操作，提高了系统工作的牢靠性，降低了煤矿瓦斯监控系统成 本，可适应中小型煤矿的要求；经过临沂矿务局在枣庄一施工基地试验及不断调试证明， 该系统具有牢靠性高、功能强以及经济适用等特点；关键词 ：瓦斯爆炸；传感器；智能；单片机；Design of the Int

2、elligent Monitoring System for Coal Gas Base on Chip MicrocomputerWang chunmeiDept, of Information， Linyi Normal University Linyi 276005, China）Abstract： According to question existing in China s small and medium-size coal mine, anintelligent monitoring design based on Single Chip Microcomputerispro

3、posed.Theintelligentgassensorsystemisdesigned,andusedmicro- computerprosessingtechnology,anuniquedesigningmethodofhardwareand software is persented. The system reduced unnecessary manual operations and thecomplexityofthehardwarecircuitry.Thisdesignimprovedthereliabilityof the system,reduced the cost

4、 of coal mine,can meet the low-cost, low-input smallcoaldemand.Thesuccessivedebugexperimentsprovedthatthissystemis characterizedbyhighreliability,capablecontrolfunction.Ithasabright prospect for development and application.Key words:gas explosion； sensor ； intelligent； single-chip computer0 引言在我国煤矿安

5、全事故中，瓦斯爆炸造成的伤亡人数占全部重大事故伤亡人数的70%以上，成为实现安全生产的最大障碍，准时精确的检测瓦斯含量，在安全生产中具有重大的意义；为了适应现代化社会煤矿安全的要求，针对我国中小型煤矿特殊是小型煤矿存在的隐患问题，现代化的、小型的、价格低廉的煤矿安全监测系统的研制势在必行，它的研制在煤矿安全方面具有举足轻重的作用，所以设计一种低成本煤矿瓦斯监测系统是适应我国很多中小型煤矿的需求的；1 总体方案的选定对于本课题所要选用的传感器系统而言，其基本动身点就是利用现有工艺条件，采纳微型运算机处理技术，提高传感器精度等级和工作稳固性，拓展其功能，并给予其智能化特点，使传感器不仅能够准时精确

6、的检测瓦斯含量，同时尽可削减不必要的人工操作，提高工作效率；因此，整个传感器系统总体设计方案的确定要环绕优化系统设计这个原就， 尽量的削减硬件电路的复杂程度，发挥运算机处理功能强大的优势，提高系统工作的牢靠性；有鉴于此，同时依据系统要求确定该系统总体设计方案；如图 1 所示；依据上述功能，系统采纳上、下位主从结构设计；由载体催化元件组成的检测电路输 出的电压信号，经放大和A/D 变化转化为对应的数字量，并行输入至微掌握器，微掌握器依据存在储备在ROM中的数据进行智能化信号处理，获得较高精度的测量结果，送数码管显示，假如瓦斯超限，发出声光报警提示；1 / 6系统设有看门狗电路，当电源干扰等缘由造

7、成系统故障时，看门狗电路启动，系统能自动复原运行，可提高系统避错、容错才能，增加系统的牢靠性；2 瓦斯监测系统的硬件设计2.1 CPU 模块设计 -AT89S8252 单片机的结构及原理简介AT89S8252是一种低功耗、高性能CMOS8位微掌握器，具有8K 在系统可编程 Flash储备器；使用Atmel公司高密度非易失性储备器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容；片上Flash答应程序储备器在系统可编程，亦适常规编程器；在单芯片上，拥有敏捷的 8 位 CPU和在系统可编程Flash ，使得 AT89S8252 为众多嵌入式掌握应用系统供应高度敏捷、超有效的解决方案；AT89S8

8、252 具有以下标准功能：8k 字节 Flash ， 256 字节RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器 / 运算器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振准时钟电路；另外，AT89S8252 可降至 0Hz 静态规律操作，支持2 种软件可挑选节电模式；闲暇模式下，CPU停止工作，答应 RAM、定时器/ 运算器、串口、中断连续工作；掉电爱护方式下，RAM 内容被储存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止；2.2 智能瓦斯传感器的设计传感元件位于传感器系统之首，被测瓦斯含量由它转换为电信号才能供应电路处理， 因

9、此它的性能对传感器系统有很大的影响；在选用传感元件时，一是测量精度高；二是工作牢靠；三是工作条件能适应恶劣环境的要求，最重要的是应具有防爆功能；通过谨慎调研对比，最终选用了中国船舶重工业集团公司生产的LXK-2 新型载体催化元件，其优于传统的催化元件，在响应特性、长期储备特性、温度特性和长期稳固性方面，都有了明显的改进；载体催化元件由一个带催化剂敏锐元件的俗称黑元件）和一个不带催化剂的补偿元件俗称白元件）构成，两个元件的结构和尺寸均相同，催化元件最里层是铂丝线圈，外面是载体和催化剂形成的催化外壳；铂丝线圈用于电加热催化外壳维护瓦斯催化燃烧反应所需的温度同时又兼作感温元件；检测在催化反应中催化外

10、壳温度的变化；催化反应方程式 为：3 / 6催化反应过程中无焰燃烧放出热量，增加了敏锐元件铂丝的电阻值，通过图3 所示惠斯通电桥测量的电路可以测量其载体催化元件电阻变化量，图中是敏锐元件，为补偿元件，将和至于同一测量气室中，由稳压源或恒流源供电，在无瓦斯的新奇空气中=调整电桥使之平稳，信号输出端电压当瓦斯进入气室，在敏锐元件表面发生无焰催化燃烧阻值随温度上升而增加为+，而补偿元件阻值不变从而电桥失去平稳；当采纳恒压源供电时，输出不平稳电压为：设就： 1明显电桥输出电压取决于敏锐元件的阻值变化量对于铂丝元件其电阻变化量可用下式表示式中 ,铂丝的电阻温度系数=3.9485 10-3/为瓦斯燃烧热量

11、为敏锐元件热容量； 为瓦斯扩散系数为瓦斯分子燃烧热为铂丝 0时的阻值其中、与敏锐元件的材料、性质、结构、尺寸有关，扩散系数和瓦斯分子燃烧热都是常数，可用一个常数代表这些因素，因而上式可写为：就即电桥输出电压与瓦斯浓度呈正比；系统通过实时监测从检测电路采集来的瓦斯浓度信息并在显示电路中显示相应的信息，当瓦斯浓度过大时就会发出警报；瓦斯信息的采集又通过由A/D 转换电路来传给单片机，实现实时的监控功能；通过单片机掌握各部分实现其相应的功能，系统的总电路图如图 4 所示；3 系统软件设计软件设计是智能化测量掌握仪设计的主要内容和重点；该系统可以上下位机同时实施监测，上位PC 机用 VB 可视化界面实

12、施监测，下位单片机用LED 液晶显示器监测，这样可以更有效地预防瓦斯爆炸事故的发生，削减人员伤亡和财产的缺失；为了使设计出来的软件功能明确阅读调试便利，健壮性、牢靠性好，我们一般采纳机构化的程序设计方法；结构化的程序设计包括三个方面的工作：自顶向下的设计、模块化的编程和结构化编程，除此之外，有时仍需要加强软件抗干扰设计，以提高程序的牢靠性；3.1 智能监控系统下位机的软件框架整个下位机系统的软件框架构建如图 5 所示4 / 63.2 整个下位机系统的软件主程序主程序的功能是：开机以后，第一进行初始化，包括智能芯片有关变量的初始化，单 片机相关的寄存器以及I/O口初始化等；同时负责治理和调用各个

13、子程序；为保证下位机响应上位机呼叫的实时性，串行通信采纳中断方式进行数据的接收与发送，A/D 转换结果的读取实行查询方式；设计主程序流程图如图6 所示；4 结论本文在大量讨论目前煤矿监测系统的基础上，提出了适合中小型煤矿瓦斯监测系统的设计方案，在此基础上，设计并实现了该系统；在设计完成之后，进行了系统中主要功能的试验验证，证明智能数据采集终端可以正确采集开关量和模拟量，可以在模拟量超限时报警和断电；作为上位机的PC机可以实现数据显示、曲线绘制和报警的功能；试验证明， 该系统在监控精确性及可有用性方面都有较大的优势；参考文献1 钱春丽，张兴敢；用于矿井环境监测的无线传感器网络J；电子技术应用，2006,9）： 21-23 ；2 罗 蕾；嵌入式实时操作系统及应用开发M ；北京：北京航空航天出版社，2005 ；3 韩 宁；基于 ARM的嵌入式煤矿安全生产监控终端J；辽宁工程技术高校学报，2006,6 / 66）： 66-68 ；4 万 国 峰 ； 基 于 专 家 系 统 的 煤 矿 安 全 监 测 监 控 系 统J； 计 算 机 测 量 与 控 制 ，2021,10 ）： 1424-1426 ；5 沈红卫；基于单片机的智能系统设计与实现M ；北京：电子工业出版社，2005；