矿用本安型通讯声光信号器的设计

山东科技大学学士学位论文I摘要煤矿安全事故是影响煤炭生产的主要问题。任何事物的发展都离不开科学技术，煤矿生产在征服各种自然灾害的过程中，更需要依靠科学技术。在长期的防治过程中，人们认识到，当事故发生时，立即报警，通知井下工作人员及时撤离和避灾，尤为重要。因此，针对矿下常见的安全事故，我们设计开发了该矿用本安型通讯声光信号器系统。该系统采用单片机微控制器及调制解调技术，采用单片微控制器及调制解调技术，仅需一条五芯信号电缆（不要急停功能只需四芯电缆），即能实现发出声、光信号、单工对讲、自动区分多水平、二级传送、红绿灯转换及信号闭锁等功能。可以对井下环境出现险情进行监控报警，还能对井下设备运转情况进行监控报警，使地面调度人员及时掌握井下情况，及时处理险情，为井下工作人员及时避灾和撤离争取了时间。能有效避免安全事故的发生以及减除事故发生时对煤矿本身和工作人员造成的灾难性影响。对煤矿的发展具有重要意义。关键词：单片机；调制解调；单工对讲山东科技大学学士学位论文IIABSTRACTCoalminesafetyaccidentsarethemainproblemsofcoalproduction.Developmentofanythingcannotdowithoutscienceandtechnology,coalproductionintheconquestoftheprocessofnaturaldisasters,butalsoneedtorelyonscienceandtechnology.Inthelong-termpreventionandtreatmentprocess,itisrecognizedthat,whentheaccidentoccurs,callthepolice,informedandtimelyevacuationofminepersonnelanddisasterprevention,especiallyimportant.Therefore,underthecommonsafetyformineaccidents,wedesignedanddevelopedtheminewiththeintrinsicallysafecommunicationsystemofsoundandlightsignalingdevices.Thesystemusesasinglechipmicrocontrollerandmodemtechnology,theuseofsingle-chipmicro-controllerandmodemtechnology,onlyafive-pinsignalcable(notjustafour-corecableemergencystopfunction),whichisissuedtoachievethesoundopticalsignal,simplexintercom,auto-divisionmultiplelevels,secondarytransmission,conversionandsignalblockingtrafficlightsandotherfunctions.Dangeroussituationontheundergroundenvironmentcanbemonitoredalarm,butalsoonthedownholeequipmenttomonitorthefunctioningofthealarm,graspthegrounddispatchersdownholeconditions,thetimelyprocessingofdanger,intimeforthemineworkersfordisasterpreventionandevacuationtime.Caneffectivelyavoidtheoccurrenceofaccidents,andlesscoalminewhentheaccidentitselfandthedevastatingeffectsofthestaff.Thedevelopmentofthemineisimportant.Keywords:microcontroller;modulationanddemodulation;SingleIntercom山东科技大学学士学位论文III目录摘要.......................................................................................................IABSTRACT.......................................................................................II1绪论..................................................................................................11.1本课题的研究现状及发展前景...........................11.2本课题研究背景及意义.................................31.3研究的主要内容及要求................................42总体方案设计...................................................................................72.1.总体设计思路.........................................72.2总体框图..............................................92.3主控模块..............................................93核心芯片AT89C2051及相关实现功能介绍..............................113.1AT89C2051单片机的结构...............................113.2AT89C2051的管脚说明..................................123.3AT89C2051功能特性概述...............................143.4振荡特性.............................................153.5AT89C2051单片机的时钟................................153.6AT89C2051单片机的复位...............................173.7芯片擦除.............................................184系统硬件设计.................................................................................204.1音频信号发送电路.....................................204.2音频信号放大电路.....................................234.3音频信号译码电路.....................................254.4音频信号接收单元.....................................29山东科技大学学士学位论文IV4.5显示电路.............................................324.6复位及看门狗电路.....................................335系统电源模块设计.........................................................................375.1稳压电源的性能指标..................................375.2线性稳压电源........................................385.3线性直流稳压电路.....................................456统软件模块设计............................................................................516.1软件实现的总框图....................................516.2按键处理程序流程图...................................526.3安全灯转换流程图.....................................536.4中断服务程序流程图..................................54参考文献............................................................................................55致谢....................................................................................................56附录A外文翻译.............................................................................57附录B程序.....................................................................................63附录C主板电路图........................................................................75附录D电源板电路图....................................................................76山东科技大学学士学位论文V山东科技大学学士学位论文11绪论1.1本课题的研究现状及发展前景随着采煤技术的不断发展，井下作业的安全越来越有保障，但是仍然有许多采矿企业的机械化程度低，对现场采矿的工作人员的生命安全造成潜在的威胁，特别是针对瓦斯气体的检测和报警仍旧存在隐患，每年由于瓦斯泄漏造成的特大事故依然很多。为了避免人为因素造成爆炸事故的发生，开发研究出了自动监控井下系统机械故障和瓦斯氧气浓度报警器。实现自动监控功能，该设备还具有强迫显示报警参数和动态显示节能功能，并能方便地观测井下情况，是一种新型的煤矿安全监控设备。煤矿安全检测仪器是随着煤炭工业发展而发展的，由于采矿工业一开始就伴随着与煤矿事故的斗争，因此很早就出现了煤矿安全检测的仪器。1815年，当时工业最发达的英国发明了第一项安全仪器——安全灯：它是利用火焰的高度测量瓦斯的浓度，由于安全灯的构造简单，性能稳定，一百多年来一直被沿用下来，至今人在许多国家使用。据最早文献记载，1943年以前美国已制成VCC通讯声光信号器，后来日本经过改进制成最早的载体催化元件并利用这种原件制成北辰型瓦斯指示器。这应该就是矿用本安型通讯声光信号器的雏形。据文献介绍，美国安全仪器主要制造厂MSA公司研制了多参数检测系统并取得了成果。整个系统由计算机控制，可监测数百到数千个工作点的环境参数，井下有数字显示和报警装置，地面调度室有屏