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矿井环境安全监测监控系统实验装置

作　者: 李玉萍
导　师: 秦志光
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机软件与应用
关键词: 矿井环境参数监测监控 DCS 多机通讯实验装置
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

矿井环境安全监测监控系统实验装置,是根据实际通用的矿井环境监测监控系统抽象的一个标准的模型的实验装置系统。实验装置系统采用的是和大多数矿井环境安全监测监控系统相同的工作模式,是实际的通用的煤矿环境监测监控系统的硬件仿真装置的实现。因此,实验装置可以通过系统的交互界面,真实形象地演示矿井环境中的各种主要安全参数,如井下瓦斯浓度、温度和通风的风机速度等的监测监控的过程,是煤矿安全培训的演示教学仪和重要设备。项目的来源主要是根据实际的需要产生的,课题是自拟的。矿井环境安全监测监控系统实验装置,采用的是由单片机组成下位机和PC机为上位机的集散控制方式(DCS)。系统从硬件的宏观上可分为两部分构成:下位监测分机(或下位机)和上位控制主机(或称上位机)。下位机包括7个功能分站,分别模拟井下7个主要采点,每个分站主要由一台单片机AT89C51完成测控任务。分站可以脱离主站独立工作,也可和主站联合工作,但各分站之间互不通讯。各分站单片机能实时采集模型的各种模拟安全参数并就地显示,同时将采集的数据通过232串口送往主站。主站是模拟地面监测中心的,设有一台主机,使用普通计算机系统承担,它的任务是,一方面负责将各个分站采点的单片机分机所采集到的监测环境的主要参数,显示在主站上设有动态画面的界面上;另一方面,主机又将各个分机的各种数据进行分析处理,同步实时报警,存储和打印。在主机处,也可根据可视画面直调节主机界面上的可控风门参数,或直接从界面输入指定参数,从而调节相应的各分站的对应参数的变化。所以,系统的整体功能主要是,通过主机的主界面的数据显示、曲线实时显示、打印历史数据报表等分功能完成输出各分机所采集的井下模拟参数,可知参数是否在安全范围内,从而可预测是否有事故的发生。论文主要介绍了实验装置系统的硬件和软件设计方法及在系统实现时遇到的问题和解决的办法的研究和讨论。这套实验装置系统的产品目前已经开始生产,并已经投入使用。现正在申请有关部门的推广应用,今后将可以大批量生产。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 项目的背景、意义和来源  8-9
  1.2 本项目相关情况的介绍  9-11
  1.3 课题主要研发内容及章节安排  11-12
  1.4 本人主要工作  12-13
第二章煤矿生产概况及环境监测监控简介  13-20
  2.1 煤矿典型的工艺流程  13-18
  2.2 煤矿监测监控系统概述  18-20
第三章煤矿井下安全监测监控实验装置系统的需求分析  20-38
  3.1 设定井下生产环境布局图  20-21
  3.2 实验装置系统的总体需求  21-23
  3.3 实验装置系统总体方案  23-28
    3.3.1 实验装置系统分站结构及功能  24-27
    3.3.2 实验装置系统主站功能  27-28
  3.4 实验装置系统的功能需求  28-35
    3.4.1 分站的功能  28-32
    3.4.2 主站的功能  32-35
  3.5 实验装置系统参数的设定  35-37
  3.6 本节小结  37-38
第四章实验装置系统的硬件设计  38-51
  4.1 实验装置系统总体电路框图  38-40
  4.2 AT89C51 主控制板  40-42
  4.3 用8255 作为片外I/O 口的扩展  42-45
    4.3.1 AT89C51 单片机的片外总线结构  42-43
    4.3.2 AT89C51 单片机的扩展能力  43
    4.3.3 用8255 作为实验装置系统AT89C51 片外I/O 口的扩展  43-45
      4.3.3.1 接口芯片8255 各口的功能分配  44
      4.3.3.2 实验装置系统的接口芯片8255A 各口的功能分配情况  44-45
      4.3.3.3 单片机AT89C51 与接口芯片8255 的主要接口  45
  4.4 模拟/数字（A/ D）转换器在系统中应用  45-47
    4.4.1 A/ D 转换器0809 在AT89C51 中的作用  45-47
    4.4.2 A/D 转换器0809 与AT89C51 的接口电路  47
  4.5 模拟信号采集模块  47-49
  4.6 LED 数码显示屏  49-51
    4.6.1 7 段LED 显示器简介  49-50
    4.6.2 实验装置系统显示器的设计  50-51
第五章实验装置系统多机通讯过程  51-72
  5.1 串行通讯基础概述  51-53
  5.2 实验装置系统通讯的设计  53-67
    5.2.1 系统采用RS—232C 总线的异步通讯方式  53-55
    5.2.2 单片机AT89C51 的串行接口  55-59
      5.2.2.1 AT89C51 单片机串行口的构成  55-57
      5.2.2.2 串行口的工作方式  57-59
    5.2.3 系统分站AT89C51 单片机与主站IBM-PC 机的通讯  59-60
    5.2.4 实验装置系统多机通讯软件设计  60-67
      5.2.4.1 多机通讯协议  60-62
      5.2.4.2 多机通讯软件设计  62-67
  5.3 PC 机与AT89C51 系列单片机多机通讯的控制问题  67-68
  5.4 实验装置系统下位机安全参数有效值范围处理方法  68-72
第六章实验装置系统的调试和试运行  72-79
  6.1 实验装置系统开发过程的步骤  72
  6.2 实验装置系统的安装、调试  72-75
    6.2.1 分站单机调试  73-75
    6.2.2 单个分站和主机联机调试  75
    6.2.3 多分站和主机联机调试  75
  6.3 实验装置系统的试运行  75-77
  6.4 实验装置系统的产品  77-79
第七章总结  79-81
参考文献  81-83
致谢  83-84

矿井环境安全监测监控系统实验装置

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