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煤矿瓦斯安全监测系统的设计方法及实现路拎□倪兴u,张开加'仇海生、秦兴林U1.煤科集团沈阳研究院有限公司.辽宁抚顺 1131222.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁抚顺 113122摘要：文章从煤矿瓦斯安全监测系统设计思路分析入手，提出煤矿瓦斯安全监测系统的设计方法及实现路径期望通过本文的研究能够对煤矿井下生产安全性的提升有所帮助。
关键词：煤矿；瓦斯；安全监测系统；设计0引言瓦斯足与煤层相伴生的…种物质，甲烷足其主要成分，无毒、易燃易爆。
在煤矿井下〖1:大灾害中，瓦斯的危害程 度最大，一旦发生瓦斯爆炸.轻则会造成矿井坍塌、生产 中断，严®时会导致大量的人员伤亡。
正因如此，使得煤 矿井下瓦斯监测成为一项非常重要的工作。
借此下面就煤 矿瓦斯安仝监测系统的设计方法及实现路径展开分析探讨:1煤矿瓦斯安全监测系统设计思路从国内各大煤矿应用的瓦斯安全监测系统来费，大部 分采用的都是[业总线技术。
由于井下采掘作业面不断向 纵深方向发展.使得有线系统的布线难度随之增大，不m 会浪费一定的资源，而且还会形成潜在的安全隐患所以开发一款a于无线的煤矿片f瓦斯安全监测系统a得尤为 必要。
近年来，无线传输技术以其自身所具备的诸多应用优势得到快速发展，如功耗低、实时性强、可长距离传 输、能够自组网等，随着无线传输网络的逐步完善，其已 经开始取代有线网络，在监测领域中得到越来越广泛的应 用z lgb ee作为新一代的无线通丨〖技术，它的应用优势非 常明显，如便于布控、可靠性高、组网成本低、安全、实用等等鉴于此，下面基于Zigbee无线传感网络对煤矿 瓦斯安全监测系统进行设计开发2煤矿瓦斯安全监测系统的设计方法及实现路径2.1系统架构设计为满足煤矿对井下采掘作业面瓦斯实时监测的：要，设计开发一套基于Zigbee无线传感网络的瓦斯安全监测 系统，该系统采用的是三G架构体系，包括节点数据采集 层、数据信息通信层以及控制中心管理层。
煤矿安全监测与报警系统设计煤矿安全一直是一个备受关注的问题，因为煤矿事故往往造成巨大的人员伤亡和财产损失。
为了提高煤矿安全水平，煤矿安全监测与报警系统的设计变得至关重要。
煤矿安全监测与报警系统的设计需要考虑多个方面，包括监测参数、报警方式、数据传输等。
首先，监测参数是设计中的关键因素之一。
煤矿内部存在着多种潜在的安全隐患，如瓦斯爆炸、矿震等。
因此，监测系统应该能够实时监测瓦斯浓度、温度、湿度等参数，以及地质应力、地震活动等指标。
这些参数的监测可以帮助煤矿管理者及时发现异常情况，采取相应的措施，以减少事故的发生。
其次，报警方式也是设计中需要考虑的重要因素。
煤矿工作环境复杂，噪音大，因此传统的声音报警方式可能不太适用。
在设计中，可以考虑使用多种报警方式，如闪光灯、振动报警器等。
此外，为了确保报警的及时性，可以将报警系统与矿工的个人防护装备相结合，使得报警信号能够直接传递给矿工，提高应急响应的效率。
另外，数据传输也是设计中需要考虑的重要因素之一。
煤矿通常是一个庞大的工作场所，监测点分布广泛。
为了实现对整个煤矿的全面监测，监测数据需要及时传输到中央控制室。
传统的有线传输方式可能存在传输距离有限的问题，因此可以考虑使用无线传输技术，如无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)。
通过部署大量的传感器节点，可以实现对整个煤矿的全面监测，并将数据通过无线方式传输到中央控制室，实现实时监测和报警。
此外，在煤矿安全监测与报警系统的设计中，还需要考虑系统的可靠性和稳定性。
煤矿是一个高风险的工作环境，系统的可靠性对于事故的预防和救援至关重要。
因此，在设计中需要考虑采用冗余设计，以保证系统的可靠性。
同时，系统的稳定性也是一个重要的考虑因素，因为煤矿工作环境复杂，可能存在电磁干扰、温度变化等问题，这些都可能影响系统的正常运行。
因此，在设计中需要考虑采用抗干扰技术和温度补偿技术，以提高系统的稳定性。
瓦斯浓度监控报警系统的设计与仿真论文（毕业设计）目录摘要 (I)ABSTRACT.............................................................................................................................. I I 1 绪论. (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状及发展方向 (1)1.3课题的主要研究内容和要求 (2)2系统功能和主要元器件的说明及方案选择 (4)2.1系统功能描述 (4)2.2 系统方案选择 (4)2.2.1系统设计方案选择 (4)2.2.2 传感器的选择 (6)2.2.3 A/D转换芯片的选择 (8)2.2.4 单片机的选择 (11)2.2.5 液晶显示器的选择 (13)2.3本章小结 (18)3 硬件设计 (19)3.1 硬件系统功能设计 (19)3.2 各个模块仿真原理图及工作原理 (19)3.2.1信号采集电路 (19)3.2.2单片机最小系统电路 (20)3.2.3 液晶显示电路 (21)3.2.4声光报警电路 (22)3.3 本章小结 (23)4软件设计 (24)4.1 软件设计方法 (24)4.2 软件实现功能 (24)4.3 各部分软件设计 (25)4.3.1数据采集部分设计 (25)4.3.2 显示部分设计 (26)4.3.3报警部分设计 (27)4.4 本章小结 (28)5仿真调试 (29)总结 (31)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)附录一仿真原理图 (35)附录二源程序 (36)瓦斯浓度监控报警系统的设计与仿真摘要随着我国经济的快速发展，对于煤炭的需求量越来越大，因此煤炭行业日趋旺盛，而由此引发的矿井安全问题也日益严重。
此次课题研究的是瓦斯浓度监控报警系统，课题是仿真模拟类的不需要做实物。
研究可以分为两部分：一部分是瓦斯浓度监控，另一部分是系统的报警。
智能化矿山安全监测与预警系统的设计与实现随着科技的发展，智能化矿山安全监测与预警系统在矿山行业中扮演着越来越重要的角色。
设计与实现一套可靠、高效的智能化矿山安全监测与预警系统，对于保障矿工的安全、提高矿山生产效益至关重要。
本文将重点讨论智能化矿山安全监测与预警系统的设计与实现。
一、需求分析首先，我们需要明确智能化矿山安全监测与预警系统的需求。
这包括但不限于以下方面：1. 实时监测：系统应能够实时监测矿井内的瓦斯浓度、温度、湿度、风速等指标，并及时反馈给操作人员，以便他们能够迅速采取相应的措施。
2. 预警功能：系统应能够根据矿井内的监测数据，提前预警有害气体泄漏、地震等突发事件，从而避免事故的发生。
3. 远程监控：系统应能够远程监控各个监测点的数据，以方便管理人员实时了解矿山的安全状况，并及时作出决策。
4. 数据分析与报表：系统应能够对监测数据进行分析，生成相关的报表，以协助管理人员做出科学合理的决策，提高矿山的生产效益。
二、系统设计与实现1. 硬件选择：在设计智能化矿山安全监测与预警系统时，我们首先需要选择适合的硬件设备。
这包括传感器、漏电检测器、温度探测器等。
传感器应具备高精度、低功耗的特点，并能够实现与系统的连接。
2. 数据采集与传输：系统应能够实现传感器数据的采集与传输。
采集端应能够将传感器所获取的数据准确无误地传输到后台服务器，以便进行后续的数据处理与分析。
3. 数据存储与处理：系统应能够将从传感器采集到的数据进行存储与处理。
这包括数据清洗、异常值排除、数据归一化等操作，以便后续的数据分析与建模。
4. 数据分析与建模：系统应能够对采集到的数据进行分析与建模，通过使用机器学习算法等技术，预测矿山发生事故的可能性。
同时，可结合历史数据，提高预警的准确性。
5. 预警与报警：基于数据分析与建模的结果，系统应能够做出及时的预警与报警。
可以通过声光报警器、短信通知等方式，将预警信息及时通知相关工作人员，并指导他们采取相应措施。
基于Zigbee技术的煤矿瓦斯监测系统设计方案第1章引言1.1课题研究背景及意义煤矿安全生产这个老问题，如何在开采煤炭、持续供应稀缺能源的同时，保证宝贵的生命不受矿难的吞噬是我们不得不面临的共同课题？煤炭产业，作为我国能源工业的支柱，其地位将是长期的、稳定的，但是煤炭工业的安全生产状况却不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是居重大事故发生率之首。
在去年又接连发生了多起甲烷爆炸事故，事故的结果触目惊心，因此通过强化甲烷管理，提高通风甲烷检测监控水平，已成为中小型煤矿甲烷检测监控的最迫切的任务之一。
随着采矿技术的不断发展，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，因此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，每年由于瓦斯泄露造成的特大事故依然很多。
据《中国煤炭报》统计，全国共有大小煤矿60000多个，从业矿工800多万。
【2】根据煤矿三班作业的实际情况，目前至少需要300万个瓦斯报警器，可见其市场非常广阔。
但由于某些技术上的不足，导致一些关键问题至今没有能够解决。
由于瓦斯气体本身的危险性和对人民生产生活造成的巨大危害，因此瓦斯气体的检测和报警是一项非常必要的工作。
国外的监控系统技术水平理论上讲高于国内发展水平，但应用于国内煤矿尚有一定的局限性，如煤矿管理模式生产方式的不同，价格过高不适于国内煤矿现有条件，除在传感器技术方面可供借鉴外，其它仅具一定参考价值。
80年代初，世界各产煤国检测装置的缺点是：1）测量范围小2）易受高浓度瓦斯和硫化物的中毒以及存在零点漂移和灵敏度漂移问题，存在检测不准确及井下校准困难等弊端（每7天校准一次）。
由于检测装置向更迅速更快捷发展，方便携带等要求发展。
传统的机械检测仪一般灵敏度和准确度也比较低或者检测方法难，同时单片机既有通用计算机的基本部件，又不同于计算机。
基于无线传输技术的新型煤矿瓦斯监控系统设计摘要：随着煤矿工作环境的复杂性和安全隐患，传统的煤矿瓦斯监控系统已经无法满足监测要求。
在这个背景下，基于无线传输技术的新型煤矿瓦斯监控系统应运而生。
该系统不仅突破了传统有线监控的限制，还提供了更灵活、高效和可靠的瓦斯监测方案。
本文将深入探讨新型煤矿瓦斯监控系统的设计理念、无线传输技术的应用优势以及系统的具体实施方法，以期为煤矿安全生产提供创新解决方案。
关键词：无线传输技术；煤矿瓦斯监控；灵活；高效；可靠引言近年来，随着煤矿行业的快速发展和对安全生产要求的日益提高，煤矿瓦斯监控系统的设计和更新成为关注焦点。
传统有线传输方式在实践中暴露出一些限制，如布线困难、易受干扰等。
因此，基于无线传输技术的新型煤矿瓦斯监控系统应运而生，其具备了更高的灵活性、可靠性和实时性。
本文将重点探讨近年来在煤矿瓦斯监控系统中应用无线传输技术的最新设计方案，以期为行业提供更安全、高效的监测解决方案。
1.简述煤矿瓦斯监控系统的重要性煤矿瓦斯监控系统是在煤矿生产中用于检测、监测和控制瓦斯浓度的关键设备。
瓦斯作为煤矿中最常见且危险的可燃气体，一旦超标积聚，会导致爆炸、中毒等严重事故。
因此，煤矿瓦斯监控系统的重要性不容忽视。
该系统能够实时准确地监测瓦斯浓度，及时发出预警信号，帮助矿工躲避危险区域，并采取相应的防护措施。
通过煤矿瓦斯监控系统，可以提高矿井安全生产水平，保障矿工生命财产安全。
同时，监控数据的整理分析也有助于煤矿管理者优化瓦斯抽放和通风系统，提高矿井的生产效率。
因此，煤矿瓦斯监控系统的正确使用与运行对于保障煤矿安全生产至关重要。
2.新型煤矿瓦斯监控系统的无线传输技术2.1无线传输技术在工业安全领域的应用潜力无线传输技术在工业安全领域具有广阔的应用潜力。
无线传输技术消除了传统有线连接的局限性，能够实现更灵活、便捷的数据传输。
无线传输技术可以远程监控和控制，不受距离限制，适用于复杂或危险环境。
监控系统瓦斯超限报警的处理程序范文瓦斯超限报警处理程序是一种用于监控系统中的重要程序。
它的功能是当监测到瓦斯浓度超过事先设定的安全阈值时，及时向操作员发出警报并采取相应的措施来避免事故的发生。
本文将介绍一个瓦斯超限报警处理程序的范文，旨在帮助读者了解该程序的详细设计和实现过程。
程序的主要功能包括瓦斯浓度的实时监测、超限报警的触发与处理、以及相应的安全措施的执行。
下面将按照程序的执行逻辑来介绍各个功能的实现方法。
首先，程序需要实时监测瓦斯浓度。
为了实现这一功能，可以通过传感器来获取实时的瓦斯浓度值，并将其保存在一个变量中。
可以使用一个循环语句，每隔一段时间读取传感器的值，并更新浓度变量的数值。
通过这种方式，就能够获得实时的瓦斯浓度信息。
接下来，程序需要判断瓦斯浓度是否超过安全阈值。
为了实现这一功能，需要定义一个预设的安全阈值变量，并将其与实时的瓦斯浓度进行比较。
如果瓦斯浓度超过了安全阈值，就需要触发超限报警，并进行相应的处理措施。
超限报警的触发可以通过发送警报信息来实现。
可以使用系统提供的消息通知功能，向操作员发送瓦斯超限的警报信息。
警报信息可以包括瓦斯浓度超限的时间、地点以及其他相关信息，以便操作员能够及时做出反应。
在发送警报信息的同时，程序还需要执行相应的安全措施。
一种常见的措施是关闭相应的瓦斯阀门，以避免瓦斯泄漏进一步扩散。
可以调用相应的控制接口，向阀门发送关闭指令。
此外，程序还可以发送通知给其他相关人员，如消防人员或安全人员，以便他们能够迅速做出应对措施，避免事故的发生。
为了确保程序的及时响应和准确性，可以引入一些额外的功能来增加程序的健壮性。
例如，可以增加一个定时检测的功能，定期对瓦斯浓度进行检测，并与安全阈值进行比较。
如果瓦斯浓度超过安全阈值，程序将触发警报和安全措施。
此外，还可以增加错误处理功能，当程序运行出现异常时，能够及时处理错误，避免程序的崩溃。
总之，瓦斯超限报警处理程序是保障安全的重要程序之一。
第 41 卷 2013 年第 2 期本栏目编辑 陆秋云通 用103传统 Park 模量中的特征频率分量。
5 结语试验表明，小波变换具有良好的时频特性，利用该方法可有效确定故障的发生时间；利用新的异步电动机定子匝间短路故障的诊断方法，将定子电流的小图 4 故障分类的 SVM 流程Fig. 4 SVM process fl ow for fault classi fi cation表 3 SVM 诊断结果Tab. 3 SVM diagnosis results类别准确率/%小波分形特征SVM1 SVM286.4 80.7混入 2 f 1 分量SVM1 SVM283.3 83.3波分形维数作为匝间短路的故障特征，具有可行性，且在早期故障识别中优于传统的 Park 模量中的特征频率。
参 考 文 献[1] 任 震，张征平，黄雯莹．异步电动机早期故障检测技术发展评述 [J]．华南理工大学学报，2001，29(11)：67-70.[2] 赵艳军，李永刚，武玉才，等．汽轮发电动机转子匝间短路时转子振动特性分析 [J]．华北电力大学学报，2008，35(5)：16-21.[3] Gojko Joksimovic，Jim Penman. The detection of inter-turn shortcircuits in the stator windings of operating motors [C]// Proceedings of the 1998 Conference International. Aachen，Germany，IEEE Industrial Electronics Society，1998：1974-1979.[4] Li Peng，He Qingbo，Kong Fanrang. An Approach for FaultDiagnosis of Bearings Using Wavelet-Based Fractal Analysis [C]// IEEE International Conference on Information and Automation，Harbin，2010：2238-2243.[5] 孙雅明，王俊丰．基于分形理论的输电线路故障类型识别新方法 [J]．电力系统自动化，2005，29(12)：23- 28.[6] Miguel Delgado Prieto，Jordi-Roger Riba Ruiz. Feature extractionof demagnetization faults in permanent-magnet synchronous motors based on box-counting fractal dimension [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2011，58(5)：1594-1605. □(收稿日期：2012-09-28)(修订日期：2012-10-20)GFGFGFGFGFGGFGFGFGFGFGGFGFGFGFGGFGFGGFGFGFGFGFG智能瓦斯监测报警系统的设计刘 亮，何小刚太原理工大学 信息工程学院 山西太原 030024摘要：新型智能瓦斯监控报警器系统，采用了 ARM Cortex-M3 系列微控制器 STM32F107 作为硬件平台，并对各传感器采集的数据进行分析处理，利用人工智能算法中的神经网络作为数据预测模型，同时由 RS485 通信技术和 ZigBee 无线通信技术完成对报警设备的控制。
为了降低系统硬件成本，减少人工操作，并使系统自行进行多任务的处理与切换，采用了 μCOS-Ⅱ作为嵌入式系统。
关键词： 瓦斯监测；报警系统；STM32F107；神经网络；μCOS-Ⅱ中图分类号：TD77+.2 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2013)02-0103-04Design of an intelligent gas monitor and alarm systemLIU Liang, HE XiaogangCollege of Information Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi, ChinaAbstract ：A new-type intelligent gas monitor and alarm system was designed. The STM32F107 chip of ARM作者简介：刘 亮，男，1987 年生，硕士研究生，主要研究方向为智能控制、检测技术、智能仪表、单片机原理及其应用。
第 41 卷 2013 年第 2 期本栏目编辑陆秋云通 用104在 矿井安全生产中，煤矿安全占据了非常重要的位置[1]。
近年来， 瓦斯突出占煤矿事故的比例很大，但投入到瓦斯安全预警[2]的资源相对较少。
由于矿井瓦斯监测系统所需传感器的数量和种类较多，所测数据之间应建立精确的数学模型；但传统方法已无法满足要求。
同时，由于矿井环境复杂多变，传统监测手段往往会造成预警延时、预警错误及监测数据精确性有待考虑。
若将处理监测数据的过程看作是多元信息融合的过程，采集各传感器传输的信息并进行整合分析，协调各传感器并获得最有效信息，将为矿井的安全生产提供可靠保障。
因此，笔者在传统监测系统基础上，结合神经网络算法，对矿井瓦斯进行预测控制，从而使瓦斯预警更加智能化和准确化。
煤矿瓦斯安全监控系统的主要功能是瓦斯相关数据的采集、处理、存储及通信。
1 系统结构与工作原理瓦斯监测系统[2]的主要监测参数为瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、压力和风速。
在设计过程中，笔者采用瓦斯传感器、温度传感器、风速传感器及压力传感器等采集现场相关数据，并将所采集的数据经 ZigBee 无线技术[3]发送至微控制器，微控制器通过RS485 实现与上位机的通信，上位机通过综合神经网络算法对瓦斯浓度走势，以及是否发生爆炸事故进行预测。
利用嵌入式操作系统[4]控制微处理器，使其完成各数据的预处理工作。
μCOS-Ⅱ作为一个成熟的小型嵌入式操作系统，它具有内核构架成熟、移植方便及实时性强等特点[5]，系统结构如图 1 所示。
2 传感器接收数据的处理将各传感器接收的数据用神经网络融合算法[6]进行处理，利用人工智能法中的神经网络算法对接收的数据进行融合，输入信息通过隐藏层被映射到输出层，而映射误差又回送到输入层，当总映射误差趋近于零时完成映射。
ZigBee 感应设备将各传感器检测到的数据进行分析融合并关联评估，直到构建网络的输出层的总误差趋近于零时，即可进行识别并超限报警。
隐藏层的激活能量Hi= = 1/(1+ exp (-∑W ij X j)) (i，j = 1，2，…，n)，(1)输出层的概率密度函数Y i = exp (-∑W ij X j)/∑exp (-∑W ij X j))。
(2)输出层误差矢量εRi = (d i - Y i)Y i (1 - Y i)， (3)式中：d i 为期望的概率矢量；Y i 为估计的概率矢量。
隐藏层和输出层的加权矩阵为V ij (k + 1) = V ij (k) + N li εRi Y i + c)[V ij (k) + V ij (k - 1)]， (4)式中：N li 为学习速率；c 为平滑因子。
隐藏层误差εHi = H J (1 - H j)(∑εRi W ij )。
(5)Xj= (x1，x2，x3，x4) 分别表示温度传感器、瓦斯浓度传感器、压力和风速传感器接收的数据，将其作为 BP 神经网络的输入；则对应输出为 Y i = (y1，y2，y3，y4)，它分别表示温度、瓦斯、压力和风速的预测值； d i = (d1，d2，d3，d4) 分别对应温度、瓦斯、压力和风速所设定的参数报警值。
为了确保监测系统的稳定性和准确性，在硬件设计电路中适当增加防干扰设计，并慎重对待传感器的选型，以提高传感器的抗干扰能力。
当各传感器接收数据施加到神经网络的输入时，若网络的输出层总误差趋近于零便可识别，即该时刻所收集数据达到设定的报警值，发出声光超限报警信号。
3 系统的软、硬件构成3.1 系统硬件3.1.1 工作现场的数据采集 传感器负责收集现场设备运行状态的监测数据。
Cortex-M3 series severed as hardware to analyze and calculate the data collected by all sensors. In addition, neural network, one of the artifi cial intelligence algorithms, was applied as data prediction model, and RS485 communication technology and ZigBee wireless communication technology were used to control the alarm device. In order to reduce the hardware cost and unnecessary manual operation, and to realize automatic processing and shift of multiple system tasks,μCOS-Ⅱ operating system was applied as embedded system to achieve expected objective.Keywords：gas monitor and alarm system; STM32F107; neural network; μCOS-Ⅱ图 1 智能瓦斯监测报警系统结构框图Fig. 1 Structural diagram of intelligent gas monitorand alarm system第 41 卷 2013 年第 2 期本栏目编辑陆秋云通用105(1)瓦斯传感器 使用载体催化元件作为监测元件，使其产生一个与甲烷含量成比例的微弱信号，经过多级放大电路放大后进行输出；(2) 温度传感器 使用一般热敏电阻对周围温度进行测量；(3)风速传感器 使用现在技术比较成熟的风杯式风速传感器。
为避免传统有线传感器因线路老化或人为破坏而产生的数据采集错误、丢失等故障，传感器设计一律采用基于 ZigBee 无线通信的无线传感器，完成监控系统各设备间的信息传输工作。
