平顶山工业职业技术学院：《单片机原理及应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识

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平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 单片机原理及应用 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 地面中心站 井下分站 智能传感器 通 信 通 信

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 前言 矿山监控系统是煤炭髙产、高效、安全生产的重要保证。世界 各主要产煤国对此都十分重视,推广使用了环境安全、轨道运输、 胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与 瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统,提高了生产率和设 备利用率,增强了矿山安全。由于煤矿井下是一个特殊的工作环境, 有瓦斯(主要成份是甲烷)等易燃、易爆性气体,有硫化氢等腐蚀性 气体,有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大,电磁干扰严重、电 网电压波动大、工作场所分散且距离远。因此,矿山监控系统不同 于一般工业监控系统。这主要体现在电气防爆、传输距离远、网络 结构宜采用树形结构、监控对象变化缓慢、电网电压波动适应能力 强、抗干扰能力强、抗故障能力强,不宜采用中继器、传感器宜采 用远程供电、设备外壳防护性能要求高等方面。采用监控系统后, 保障煤炭高产、高效安全生产,具有重大的实用价值。 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 2 矿山监控系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。世界 各主要产煤国对此都十分重视，推广使用了环境安全、轨道运输、 胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与 瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率和设 备利用率，增强了矿山安全。由于煤矿井下是一个特殊的工作环境， 有瓦斯(主要成份是甲烷)等易燃、易爆性气体，有硫化氢等腐蚀性 气体，有淋水、环境潮湿、空间狭小、矿尘大，电磁干扰严重、电 网电压波动大、工作场所分散且距离远。因此，矿山监控系统不同 于一般工业监控系统。这主要体现在电气防爆、传输距离远、网络 结构宜采用树形结构、监控对象变化缓慢、电网电压波动适应能力 强、抗干扰能力强、抗故障能力强，不宜采用中继器、传感器宜采 用远程供电、设备外壳防护性能要求高等方面。采用监控系统后， 保障煤炭高产、高效安全生产，具有重大的实用价值。 前言

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 任务描述 二、任务分析 三、相关知识 四、任务布置 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 3 一、任务描述 二、任务分析 三、相关知识 四、任务布置

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 、任务描述 单片机在矿山监控系统的应用十分广泛,而单片机的使用方法 是掌握单片机系统的前提。因此,只有真正掌握了单片机的内部结 构及系统组成,才能够根据其内部结构特点选择合适的指令编制程 序,设计外围电路,才能确保单片机系统的构成。单片机技术发展 十分迅速,产品种类琳琅满目。为满足工业控制的要求,选择合适 型号的单片机进行系统设计是每一个单片机使用者必须掌握的技能。 因此,只有通过了解单片机的发展过程及产品近况,掌握当前市场 主流单片机型号、种类及其特点才能设计出满足工作要求的单片机 系统。 返回 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 4 单片机在矿山监控系统的应用十分广泛，而单片机的使用方法 是掌握单片机系统的前提。因此，只有真正掌握了单片机的内部结 构及系统组成，才能够根据其内部结构特点选择合适的指令编制程 序，设计外围电路，才能确保单片机系统的构成。单片机技术发展 十分迅速，产品种类琳琅满目。为满足工业控制的要求，选择合适 型号的单片机进行系统设计是每一个单片机使用者必须掌握的技能。 因此，只有通过了解单片机的发展过程及产品近况，掌握当前市场 主流单片机型号、种类及其特点才能设计出满足工作要求的单片机 系统。 一、任务描述 返回

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 任务分析 单片机的元件识别主要包括认识单片机实物,掌握单片机内部结 构特点,了解单片机扩展芯片,了解单片机电路系统构成等。为能正 确地编制程序并设计外围电路,实现单片机系统,首先必须先认识单 片机实物并掌握单片机内部结构特点等相关知识。单片机的发展分类 主要包括单片机的发展过程及产品近况,了解当前市场主流单片机型 号及种类,了解单片机的特点及应用领域等。通过了解主流单片机型 号及种类,并能通过査找资料确定单片机的主要性能,进而选择合适 型号的单片机进行系统设计 返回 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 5 二、任务分析 单片机的元件识别主要包括认识单片机实物，掌握单片机内部结 构特点，了解单片机扩展芯片，了解单片机电路系统构成等。为能正 确地编制程序并设计外围电路，实现单片机系统，首先必须先认识单 片机实物并掌握单片机内部结构特点等相关知识。单片机的发展分类 主要包括单片机的发展过程及产品近况，了解当前市场主流单片机型 号及种类，了解单片机的特点及应用领域等。通过了解主流单片机型 号及种类，并能通过查找资料确定单片机的主要性能，进而选择合适 型号的单片机进行系统设计。 返回

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 相关知识 (一)早期的矿山监控系统 矿山监控系统是由瓦斯遥测系统发展而来的,如图1-1所示。 遥测仪 记录仪 甲烷传感器 断电仪 被控开关 断电仪 甲烷传感器 交流电 图1-1早期的矿井监控系统 返回 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 6 三、相关知识 （一）早期的矿山监控系统 矿山监控系统是由瓦斯遥测系统发展而来的，如图1—1所示。 遥测仪 记录仪 甲烷传感器 断电仪 被控开关 断电仪 甲烷传感器 交流电 图1-1 早期的矿井监控系统 返回

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 瓦斯遥测系统是用来监控井下环境中甲烷浓度的监控系统,并具 有瓦斯超限声光报警和断电功能。瓦斯遥测系统一般由甲烷传感器 断电仪、遥测仪和记录仪组成 甲烷传感器将被测甲烷浓度转换为电信号送断电仪,并具有甲烷浓 度显示和甲烷度超过报警门限后声光报警功能。 断电仪对甲烷传感器送来的甲烷浓度信号进行调制,将调制后的信 号经2芯矿信号电缆远距离传送至位于地面的遥测仪。 遥测仪对接收到的调制信号解调后显示,并进行报警判别,当甲烷 浓度超过报警限时,发出声光报警信号。记录仪将甲烷浓度实时记录下 来 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 7 瓦斯遥测系统是用来监控井下环境中甲烷浓度的监控系统，并具 有瓦斯超限声光报警和断电功能。瓦斯遥测系统一般由甲烷传感器、 断电仪、遥测仪和记录仪组成。 甲烷传感器将被测甲烷浓度转换为电信号送断电仪，并具有甲烷浓 度显示和甲烷度超过报警门限后声光报警功能。 断电仪对甲烷传感器送来的甲烷浓度信号进行调制，将调制后的信 号经2芯矿信号电缆远距离传送至位于地面的遥测仪。 遥测仪对接收到的调制信号解调后显示，并进行报警判别，当甲烷 浓度超过报警限时，发出声光报警信号。记录仪将甲烷浓度实时记录下 来

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 在发展甲烷遥测系统的同时,为了保证轨道运输、提升运输、胶 带运输等运翱统的安全、提高生产率和设备利用率,推广应用了模拟 盘调度系统。例如,用于轨道运输监控的信、集、闭系统,用于提升 运输监控的信号系统和用于胶带运输监控的信号系统等。这些系统均 采用集中监控,每路信号使用一对电缆芯线接至总控制台、总控盘使 用指示灯显示设备状态,为形象直观、常常将设备图形等制成背景, 在被监控的蕾处设置指示灯,如图1-2所示 模拟盘 继电器及被控开关 继电器及被控开关 图1—2模拟盘调度系统 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 8 在发展甲烷遥测系统的同时，为了保证轨道运输、提升运输、胶 带运输等运翱统的安全、提高生产率和设备利用率，推广应用了模拟 盘调度系统。例如，用于轨道运输监控的信、集、闭系统，用于提升 运输监控的信号系统和用于胶带运输监控的信号系统等。这些系统均 采用集中监控，每路信号使用一对电缆芯线接至总控制台、总控盘使 用指示灯显示设备状态，为形象直观、常常将设备图形等制成背景， 在被监控的蕾处设置指示灯，如图1-2所示。 图1—2模拟盘调度系统 模拟盘 继电器及被控开关 继电器及被控开关

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 (二)矿山监控系统现状 早期的瓦斯遥测系统和模拟盘调度系统虽在煤矿安全生产、提高 生产率和设备利用率方面起到了重要作用,但由于这些系统监测参数 单一,监测容量小,电缆用量大、系统性能价格比低。因此,难以满 足煤矿对矿井监控提出的越来越高的要求 随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展 和在煤矿的应用,为适应机械化采煤的需要,矿井监控系统由早期的 单一参数的监测系统,发展为多参数单方面监控系统。 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 9 （二）矿山监控系统现状 早期的瓦斯遥测系统和模拟盘调度系统虽在煤矿安全生产、提高 生产率和设备利用率方面起到了重要作用，但由于这些系统监测参数 单一，监测容量小，电缆用量大、系统性能价格比低。因此，难以满 足煤矿对矿井监控提出的越来越高的要求。 随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展 和在煤矿的应用，为适应机械化采煤的需要，矿井监控系统由早期的 单一参数的监测系统，发展为多参数单方面监控系统

任务一煤矿安全监测系统及其单片机结构认 安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳 浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、 风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、 工作电流等,并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。 这些系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱(或电控箱)、 主站、主杋(含显示器)、打印机、模拟盘、多屏幕、UPS电源、远程 终端、电缆和接线盒等组成,如图1-3所示 平顶山工业职业技术学院 ww. pixy. edu. cr 10

平顶山工业职业技术学院 www.pzxy.edu.cn 任务一 煤矿安全监测系统及其单片机结构认识 10 安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳 浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、 风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、 工作电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。 这些系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱(或电控箱)、 主站、主机(含显示器)、打印机、模拟盘、多屏幕、UPS电源、远程 终端、电缆和接线盒等组成，如图1-3所示