1、摘 要矿井通风机是煤矿生产中一种重要的大型设备，其主要任务是向井下输送大量的新鲜空气，排出瓦斯等有害气体且降低粉尘浓度，对井下微气候做适当调节，改善矿工的工作环境，从而保证矿井安全生产，为井下作业的工人提供较为良好的工作条件。因此，对矿井通风机进行安全检测，保证其正常有效地进行通风工作，对于煤矿安全生产有着重要的意义。本文针对矿井通风机的工作环境和运行特性，以单片机为测量控制核心，设计了一套基于单片机的矿井通风机安全检测系统,论文探讨了通风机安全检测系统的组成和工作原理,设计了矿井通风机的安全检测硬件电路，并对所用的设备器件的进行了选型,论文也完成了通风机安全检测软件设计，并利用Proteus
2、单片机仿真软件进行了仿真、测试。测试结果表明，本系统的软硬件设计都是可行的，基本达到预期的设计目标。本设计系统提高了矿井通风机的自动化管理水平，有力地确保主通风机能够安全、高效、可靠的运行。关键词：矿井通风机；单片机；安全检测AbstractMine ventilator is an important production in coal mine large equipment, its main task is to carry a lot of fresh air to the underground, reduce the harmful gas such as gas discha
3、rge and dust concentration, the underground micro climate make appropriate adjustment, improve the working environment, so as to ensure the safety of mine production, and for the underground work provides a good working conditions of workers.Therefore, evaluate the safety in the mine ventilator, ens
4、ure the normal ventilation work effectively, is of great significance for coal mine safety production.Working environment and operation characteristics of the mine ventilator, the author of this paper, with the single chip processor as the control core measurement, design a set of based on single ch
5、ip microcomputer safety inspection system for mine ventilator, the paper discusses the composition of fan safety inspection system and working principle of the design of the mine ventilator safety testing of hardware circuit and equipment components selection, paper also completed the fan safety tes
6、t software design, and the use of Proteus single-chip computer simulation software for simulation and testing.Test results show that the hardware and software design of this system is feasible, and achieve the desired design goal.This design system to improve the automation level of the mine ventila
7、tor, effectively ensure the main ventilator can safe, efficient and reliable operation.Key words: mine ventilator；Single-chip micro computer；Safety inspection目 录1 绪论11.1 矿井通风系统简介11.2 通风机原理11.3 本课题的来源及意义21.4 矿井通风机安全检测系统国内外研究现状21.5 矿井通风机安全检测系统展望32 设计要求53 系统设计方案64 系统硬件设计84.1 单片机的选型84.1.1 AT89C51简介84.1.
8、2 AT89C51引脚及功能84.1.3 AT89C51在本设计中的应用104.2 通风机电压检测电路104.2.1 电压互感器简介104.2.2 通风机电压检测电路分析114.3 通风机电流检测电路124.3.1 电流互感器简介124.3.2 通风机电流检测电路分析134.4 通风机转速检测电路144.4.1 传感器选型原则144.4.2 霍尔传感器简介154.4.3 测速方法154.5 A/D转换电路设计164.5.1 A/D转换器概述164.5.2 ADC0809与89C51的接口电路174.5.3 分频电路194.6 输入电路194.6.1 键盘结构204.6.2 独立式键盘与单片机接
9、口电路204.7 显示电路214.7.1 LED数码管概述214.7.2 LED数码管动态显示接口电路224.8 声光报警电路224.8.1 压电式蜂鸣器224.8.2 声光报警电路234.9 整体硬件电路图245 系统软件设计255.1 主程序流程图255.2 电压/电流检测流程图265.3 转速检测流程图265.4 键盘电路设计流程图285.5 多个LED数码管显示程序流程图295.6 A/D转换子程序流程图306 软件仿真与测试结果316.1 仿真与编程软件简介316.1.1 Proteus简介316.1.2 EWB软件简介316.1.3 汇编语言简介326.2 利用EWB对电压/电流检
10、测电路进行仿真336.2.1 电压检测电路仿真测试结果336.2.2 电流检测电路仿真测试结果346.3 Proteus仿真测试结果356.3.1 电压测量366.3.2 电流测量376.3.3 转速测量387 结论39参考文献40翻译部分48英文原文48中文翻译54致 谢571 绪论1.1 矿井通风系统简介矿井通风系统由通风机和通风网络两部分组成。按进回风巷在井田内所处的位置不同，矿井通风系统可分为中央式、对角式、分区式和混合式。矿井通风系统的路线为：风流由入风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，接着进入回风井排出矿井。按获得风流的动力来源不同，矿井通风方法分为自然通风和机械通风。（1）自然
11、通风：利用自然气压产生的通风动力使空气在井下巷道流动。自然风压一般较小且不稳定，因此煤矿安全规程规定：每一个矿井都必须采用机械通风。（2）机械通风：利用通风机运转产生风力使空气在井下巷道流动。对矿井通风系统有如下基本要求：1、每个矿井都必须设置两个及以上的通往地面的安全出口。2、进风井口不受粉尘等有害气体的污染且有利于防洪。3、北方矿井井口需装有供暖设备。4、总回风巷不得作为主要人行道。5、工业广场不得受通风机噪音干扰。6、装有皮带机的井筒不得兼做回风井。7、装有箕斗的井筒不应作为主要进风井。 8、可以独立通风的矿井，采区应尽量独立通风，不宜合并一个通风 系统。保证系统能够独立工作，这样当一个
12、矿井出现故障时，另 一个矿井的通风工作不受影响。9、通风系统要为防治瓦斯、火、尘、水及高温创造条件。10、通风系统要有利于深水平或后期通风系统的发展变化。1.2 通风机原理通风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并派送气体的机械，它是一种从动的流体机械。排气压力低于1.5*10帕。通风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔，锅炉和工业炉窖的通风和引风。矿用通风机按用途分为三类：主通风机，即主扇，主要用于全矿井或矿井某一翼的通风；辅扇用于矿井通风网络中分支风路中调节起风量，协助主通风机工作；局扇用于矿井无贯穿风流没有打通的巷道的局部地点通风。按气体流动方向不同，通风机主要分为离心式和轴流式通风机。两者
13、的比较如下：1、结构：离心式通风机结构较为简单，维修方便，但体积大，转速低，传动方式复杂；轴流式通风机结构紧凑，体积小，可直接接高转速电动机拖动，传动方式简单，但维修困难。2、性能：轴流式通风机风压低，流量大；离心式通风机风压高，流量小，反风方法少。轴流式不容易过载，而离心式容易过载。3、适用范围：轴流式通风机适宜阻力变化大而风量变化不大的矿井，而离心式则相反。一般情况下，大、中型矿井的通风采用轴流式通风机，小型矿井多采用离心式通风机。通风机如图1-1所示。图1-1 通风机1.3 本课题的来源及意义 近年来，随着经济的发展，国民安全意识不断提高，煤矿生产作为高危职业也越来越受到重视。据统计，煤
14、矿安全生产事故70来源于通风系统问题，主要包括通风设备故障、通风管理不善等。随着煤矿生产规模的不断扩大和生产效率的提高，井下通风系统对矿井通风机安全检测也提出了更高的要求。 矿井通风机是煤矿生产中一种重要的大型设备，其主要任务是向井下输送大量的新鲜空气，使瓦斯等有害气体排出且降低粉尘浓度，对井下微气候做适当调节，改善工作环境，从而保证矿井安全生产，为井下作业的工人提供较为良好的工作条件。因此，对矿井通风机进行安全检测，保证其正常有效地进行通风工作，对于煤矿安全生产有着重要的意义。 矿井主通风机功率一般较大，且长期处于不断运行的状态，电能消耗较大。因此，对矿井通风机进行安全监测，利用智能控制、传
15、感器及单片机等相关技术，实时检测通风机的运行状况，掌握其运行状态，对其异常状况及时做出适当调节，对于提高矿井通风机的工作效率，确保主通风机能够安全、高效、可靠的运行有着极其重要的意义。1.4 矿井通风机安全检测系统国内外研究现状国外对矿井通风机安全监控系统的研究起步早，技术较为成熟。至二十世纪90年代，一般的风机均配有监控系统，可实现对风机的保护、检测、控制，一方面可以自动调节风机风量，另一方面可以进行故障诊断，预测电机使用寿命，为矿井通风系统安全有效运行提供了保证。典型代表为法国HDR280-69型动叶可调轴流通风机、美国轴流式通风机和德国TLT公司的液压式动叶调节轴流式通风机。HDR280-69型动叶可调轴流通风机可实现不停机情况下工况点的连续可调，而当运行通风机停止时，备用通风机自动投入运行。美国煤矿
