矿山应急救援环境检测子系统研究与实现

论文摘要

近几年,由于我国矿山事故频发,矿山应急救援任务越来越艰巨。本文提出的矿山应急救援环境检测子系统主要研究矿山事故现场的环境参数实时检测。子系统实现的功能包括环境参数实时采集、显示、存储、超标报警和参数数据实时传输到地面上的计算机等问题。本文从矿山应急救援环境的实际需求出发,提出以甲烷,一氧化碳,氧气和温度作为救援时环境参数检测的对象。整个检测子系统主要由数据采集前端、井下检测台和地面检测中心三节点组成。在文中笔者运用模块化的设计思想完成了前端和检测台的硬件电路和软件程序的设计。硬件部分包括数据采集处理模块、SDSL通信模块、串口通信模块、本安电源模块、网络交换模块和嵌入式本安计算机模块。软件部分包括数据采集模块、数据传输模块、数据动态显示模块等。子系统采用“即铺即用”的对称数字用户线SDSL点对点宽带连接技术、TCP/IP技术和自组网技术,利用一对矿用双绞电话线进行双向对称高速的数字信号传输,依靠自备电源,将矿井事故现场的环境参数数据实时、准确、全面地传输到井下检测台和地面检测中心。课题最后研制出样机子系统一套,并对前端和检测台进行了单机测试,对整个子系统进行了联机测试。测试结果表明:温度参数的检测精度为0.1℃;其他三种气体参数的检测功能正常;各节点设备面板控制按键持续按0.5s后均有效;电源连续供电时长超过8个小时;整个子系统SDSL通信链路畅通;各节点设备的软件界面显示正常。整个系统达到了预期设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 本课题开展的主要工作
• 1.5 本文章节安排
• 2 检测子系统的设计要求和设计原理
• 2.1 检测子系统设计要求
• 2.1.1 环境参数的选择
• 2.1.2 检测子系统实现的功能
• 2.1.3 检测子系统的性能指标要求
• 2.1.4 隔爆设备设计要求
• 2.2 设计原理
• 2.2.1 传感器的选择
• 2.2.2 单片机的选择
• 2.3 本章小结
• 3 检测子系统硬件设计
• 3.1 数据采集处理模块
• 3.1.1 单片机低功耗设计
• 3.1.2 前端的数据采集处理模块设计
• 3.1.3 检测台的数据采集处理模块设计
• 3.2 SDSL 通信模块
• 3.2.1 SDSL 技术简介
• 3.2.2 SDSL 通信模块设计
• 3.3 串口通信电路
• 3.4 本安电源模块
• 3.4.1 本质安全电池组电路设计
• 3.4.2 电压转换电路
• 3.5 网络交换模块
• 3.6 本章小结
• 4 检测子系统软件设计
• 4.1 软件设计要点
• 4.1.1 内部接口设计
• 4.1.2 检测子系统软件数据结构设计
• 4.2 数据采集模块
• 4.2.1 初次采集程序
• 4.2.2 二次处理程序
• 4.3 数据传输模块
• 4.4 数据动态显示模块
• 4.5 环境参数超标报警程序
• 4.6 本章小结
• 5 检测子系统测试
• 5.1 单机功能测试
• 5.2 子系统联机功能测试
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录