矿井通风机风量风压实时监测装置的研制

论文摘要

目前，我国金属矿山井下正在大量推广和应用多级机站通风系统，为确保井下的安全生产，充分发挥多级机站通风系统的最大效能，实现风量根据生产情况按需分配，对机站风机风量、风压等风流参数的实时准确的监测，显得尤为重要。但是，现有的风机监测装置在监测的准确性，控制能力，通用性，抗干扰性等方面存在着明显不足。基于此，本文设计了以ATmega16单片机为核心的新型的矿井风机的风量风压监测装置。其不仅能够实现对风量风压的实时准确的测量，而且对于风机反风亦可以完成测量；本装置具有现场校正的功能，从而可以根据不同的现场条件进行校正，使风量的测量结果更符合现场的真实的风量数值。本文首先根据井下机站风机的安装情况和通风特点，结合流体力学伯努利方程、连续性方程和阻力定律等理论，建立了监测风量风压的数学模型。接着论述了监测装置的硬件和软件的设计过程，硬件电路以ATmega16单片机为核心控制芯片，以高精度的差压变送器为信号的采集单元，配合辅单片机，A/D转换器，LED数码管，信号输出电路等，实现数据的采集，处理，计算，就地显示和输出，本监测装置的输入和输出采取抗干扰隔离设计。最后进行了现场测试，对数据进行处理分析。为满足井下复杂的测风条件，采用现场校正的办法，提高对风机风量风压的测试精度。监测装置运行稳定，测试结果准确，初步达到了预期设计效果，为矿井通风准确监测提供了有力支持，具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景、意义和目的
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容和方法
• 1.4 本章小结
• 第2章 通风机风量风压的监测原理
• 2.1 风机风量的监测原理方法
• 2.2 风机风压的监测原理方法
• 2.3 反风时的风量风压测量
• 2.3.1 反风时风量监测原理
• 2.3.2 反风时风压监测原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 风流参数监测装置的硬件设计
• 3.1 差压变送器
• 3.2 核心器件——单片机的选取16
• 3.2.1 单片机概述
• 3.2.2 ATmega16特性介绍
• 3.3 辅单片机89C2051及其A/D转换电路
• 3.3.1 A/D转换芯片AD7705及外围电路
• 3.3.2 辅单片机AT89C2051
• 3.4 外围电路设计
• 3.4.1 时钟电路
• 3.4.2 复位电路
• 3.5 电源模块
• 3.6 人机接口电路
• 3.6.1 LED显示电路
• 3.6.2 按键接口电路
• 3.7 信号输出电路
• 20mA电流输出'>3.7.1 4²0mA电流输出
• 1000Hz频率输出'>3.7.2 200¹000Hz频率输出
• 3.8 本章小结
• 第4章 风流参数监测装置的软件实现
• 4.1 软件开发环境和开发工具
• 4.2 系统的主程序设计
• 4.3 A/D数据采样模块
• 4.4 数据处理模块
• 4.5 LED显示
• 4.6 按键模块
• 4.7 信号输出模块
• 20mA电流信号输出'>4.7.1 4²0mA电流信号输出
• 1000Hz频率信号输出'>4.7.2 200¹000Hz频率信号输出
• 4.8 本章小结
• 第5章 系统的调试
• 5.1 硬件调试
• 5.2 软件调试
• 5.3 联合调试
• 5.4 本章小结
• 第6章 现场测试及校正
• 6.1 试验台现场测试
• 6.2 现场校正
• 6.2.1 现场校正的数学模型
• 6.2.2 现场校正的应用
• 6.3 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢
• 附录