矿用隔爆兼本安语音声光报警器主控系统的关键技术的研究与设计

论文摘要

长期以来，煤矿一直是技术水平不高、要求比较低的劳动密集型产业，加之我国煤层自然赋予的条件复杂多变，影响煤矿安全生产的因素众多。当前，我国处在经济的快速增长期，资源的需求不断加大，对煤炭工业发展提出了更高的要求。为此，必须加强安全生产，确保煤炭工业持续、稳定、健康发展，开发应用最新技术应用与煤矿生产，尽量减少人员伤亡。本文从实际应用角度出发，针对井下巷道风门处和平巷机车拐弯处等危险场所的警示装置研究与设计，当工作人员进入到这些危险区域时，系统发出特定的声光语音双重警示信号，可以有效地提示区域内人员注意安全，减小事故发生的几率。内容上从实现原理、硬件设计、软件设计和本安技术应用等几个方面，论述了主控设计实施的整个过程，文中着重探讨了基于STC12单片机实现PWM语音技术、本安特性电路设计和modbus通信技术等几个关键技术。最后开发出系统主控板样机并测试其相关性能参数。本系统的设计原理正确、结构合理、运行安全可靠，且自身具有通讯功能，可以方便实施远程监控、远程指挥调度等功能扩展，具有较好的推广应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 设计背景和意义
• 1.2 国内外相关领域的研究现状
• 1.3 矿用隔爆、本安电气设备的特点
• 1.3.1 矿用电气设备的特殊要求
• 1.3.2 隔爆型电气设备
• 1.3.3 本安型电气设备
• 1.4 研究的主要工作
• 2 系统的总体方案
• 2.1 系统框架
• 2.2 系统功能描述
• 2.3 系统的关键技术
• 3 系统的硬件设计
• 3.1 STC12 系列单片机简介
• 3.2 供电电源设计
• 3.3 输入输出电路设计
• 3.3.1 输入电路设计
• 3.3.2 报警灯控制输出电路设计
• 3.3.3 语音输出电路设计
• 3.4 通信接口设计
• 3.5 符合本安要求的电路板设计
• 3.5.1 印制电路导线
• 3.5.2 元器件选择及布局
• 3.5.3 电气间隙和间距
• 3.5.4 连接外电路用连接装置
• 3.5.5 本安电路的感性、容性与限流元件
• 4 系统的软件设计
• 4.1 系统软件设计概述
• 4.2 单片机主程序设计
• 4.3 语音程序设计
• 4.3.1 脉冲宽度调制实现语音功能原理
• 4.3.2 WAV 文件及获取
• 4.3.3 采样数据的提取
• 4.3.4 语音波形的数字编码及压缩
• 4.3.5 单片机语音解码程序的设计
• 4.3.6 语音的播放及降噪处理
• 4.4 通信协议设计
• 4.4.1 Modbus 协议简介
• 4.4.2 Modbus 协议的通信流程
• 5 系统调试与结论
• 5.1 系统报警功能调试
• 5.2 Modubs 通讯功能调试
• 5.3 课题结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文