煤矿井下救生舱控制系统研究(附件)
摘 要摘 要煤碳井下救生舱可以及时有效保护遇险人员，大量的降低伤亡人员的数量，是一种灾难防护救援设备。作为整个救援设备的组成部分之一，控制系统首先必须要保证它的重要的核心部分，即处理器能正常、有效的运动执行。其次，要保证它的传感器部分可以分别不受干扰的正常工作，它是接受信号的非常重要的模块部分，是控制系统执行的前提和基础。综合以上情况，参考当今已有的煤矿井下救援救生设备控制系统有关技术，制定了其控制系统的整体的设计思路和方案。本文的总体研制的具体方式是选择运行较为可靠的微处理器接受外围设备，即传感器采集来的环境数据，并对该信息进行具体整理，然后给出相应指示，让机体运动，包括步进电机的运动，保护井下人员。控制系统作为核心部分，最终精心设计出来的控制系统配置于煤矿井下救生舱，满足原先的设计标准。关键词：灾难防护；控制；处理器；外围设备 目录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1 煤矿井下救生舱研究现状 1
1.2.2 救生舱控制系统研究现状 3
1.3 研究的意义与目标 4
1.4论文主要研究内容 5
1.5 本章小结 6
第2章 控制系统的整体设计 7
2.1引言 7
2.2控制系统功能定位分析 7
2.3控制系统基本组成 8
2.4控制器非对称冗余硬件结构 9
2.5控制系统各组成应用技术 11
2.5.1传感器技术 11
2.5.2 单片机控制技术 12
2.5.3 步进电机技术 12
2.6本章小结 13
第3章 传感器模块设计 14
3.1引言 14
3.2 气体传感器模块 15
3.3 温度传感器模块 17
3.4 湿度传感器模块 20
3.5 本章小结 23
第4章 单片机和执行机构电路连接 24
4.1引言 24
4.2 单片机模块 24
4.3 执行机构的驱动电路设计 26
4.4 控制芯片的外围电压路设计
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14
3.2 气体传感器模块 15
3.3 温度传感器模块 17
3.4 湿度传感器模块 20
3.5 本章小结 23
第4章 单片机和执行机构电路连接 24
4.1引言 24
4.2 单片机模块 24
4.3 执行机构的驱动电路设计 26
4.4 控制芯片的外围电压路设计 29
4.5本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
附录 35
第1章 绪论
引言
煤炭是保证我国经济稳步发展的重要能源，已经到了不可或缺的地步。然而，由于长期以来国内相关人员对煤矿安全意识认识不足，而是盲目的去追求经济效益，导致中国煤矿安全设备发展严重滞后，无法满足煤炭行业发展需要。然而，煤矿行业仍在高速发展、延伸，这也导致其生产强度与安全保护之间的差距变得越来越大，煤矿井下事故发生也变得越来越频繁，对我国的经济发展不利。所以，救援救生装备的发展对于改善我国煤矿安全生产状况、提高灾害应对和抗风险能力都具有十分重要的意义。紧抓矿井重大灾害遇险人员救援救生装备的研制，提高煤矿事故安全保障能力，减少矿工伤亡等已经逐渐成为我国煤矿安全的首要目标[1]。
根据有关资料记录，很多煤矿塌陷或者是比较巨大的爆炸性事故，在短时间内迅速受伤死亡的人员数量往往只占据很少的一部分比例，然而大部分矿工的伤亡则是因为灾难事故发生后的继发性事故造成的。即当煤矿井下爆炸性事故发生之后，大部分矿工并没有直接死亡，而是因为被困在煤矿井下无法逃出到地面或者难以撤离到安全地带。虽然仍然生存在煤矿井下，但是他们没有水、没有食物，还有爆炸后的有毒有害气体的毒害和温度过高对身体的伤害，最终这些因素导致人员的窒息、脱水和挨饿等原因相继死亡。所以，世界上很多国家在明白到这些后都在加快煤矿井下救生舱的研制工作，以便在煤矿井下爆炸性事故发生后，为煤矿井下无法逃离的生还人员营造一个短时间的安全密闭环境，让他们能够很好的生存一段时间并等待外部有序的救助救援。
救生舱是一种能够有效保护煤矿井下事故发生时无法及时逃离人员的安全救生设备。一些发达国家很早就认识到煤矿灾难救援的重要性并早早的开始使用救生舱技术来采取煤矿井下灾害救援工作，并多次成功地救护了灾难事故发生后的遇险的矿下工人[2]。
本文的工作是研究并设计煤矿井下救生舱的控制系统。
国内外研究现状
1.2.1 煤矿井下救生舱研究现状
国外煤矿井下救生舱研制企业主要齐聚在美洲、澳洲等经济比较繁荣的国都，他们不仅在煤矿井下救援救生设备研究方面有所突破，而且在隧道等救援救生设备研制方面也有十分瞩目的成就。然而，不仅如此，国外很多矿用救生舱已经有了许多应用成功的实践案例，不止一次的成功营救了无数的煤矿井下生命，也因此获得了许许多多宝贵的救援救生经验，这也进一步推动了他们在这方面技术的发展和更新，值得我们国家去学习和借鉴。
比如，斯特塔公司研制的救援救生设备，其内部常常会设有隔气的间室，能够很好的提供环境空气，包含产出人们所需要的氧气、去除废气，即二氧化碳等，并能够维持几十个小时的时间。此外，还配备有空气质量监测系统以及卫生间和灭火器等基本防护救援设备。
‘
（a）钢制舱 （b）充气折叠舱
图11 斯特塔安全设备公司避难舱
如图11（a）所示，钢制避难舱是煤矿救援设备中最典型的产品，可承受0.1Mpa的超压；而如图11（b）所示，充气型可折叠救援舱的结构则使用的材质是经过了相关负责部门批准的耐用、抗燃烧等特性的特质材料[3]。
相对于国外而言，中国对矿用救生舱的研究起步相对就比较晚，总体设计思路也不是十分的成熟，缺少必须的试验或者检验方面的技术支持，而且更加缺少井下现场实践的相关经验。其中，北京科技大学对研究救生舱的进展较快，所研制的救生舱已经获得“煤安”标志。国内典型的两款外形救生舱有两种，具体如图12所示。
（a）圆柱形救生舱 （b）矩形救生舱
图12 国内矿用救生舱
进一步调查发现，由北京科技大学负责的国家级科技支持规划对煤矿井下救生设备有关研发的进程起到了有效的促进，他们所研发的煤矿井下救生舱成功完成了模拟安全井下试验；由煤科院重庆市应急救援所研制、生产出来的井下救生舱，已于2010年12月份开始调运安装并进行了相关井下安全试验。
时至今日，国内已有武汉生保、山西潞安、青岛磐石、青岛华盾、西安东风
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1 煤矿井下救生舱研究现状 1
1.2.2 救生舱控制系统研究现状 3
1.3 研究的意义与目标 4
1.4论文主要研究内容 5
1.5 本章小结 6
第2章 控制系统的整体设计 7
2.1引言 7
2.2控制系统功能定位分析 7
2.3控制系统基本组成 8
2.4控制器非对称冗余硬件结构 9
2.5控制系统各组成应用技术 11
2.5.1传感器技术 11
2.5.2 单片机控制技术 12
2.5.3 步进电机技术 12
2.6本章小结 13
第3章 传感器模块设计 14
3.1引言 14
3.2 气体传感器模块 15
3.3 温度传感器模块 17
3.4 湿度传感器模块 20
3.5 本章小结 23
第4章 单片机和执行机构电路连接 24
4.1引言 24
4.2 单片机模块 24
4.3 执行机构的驱动电路设计 26
4.4 控制芯片的外围电压路设计
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
14
3.2 气体传感器模块 15
3.3 温度传感器模块 17
3.4 湿度传感器模块 20
3.5 本章小结 23
第4章 单片机和执行机构电路连接 24
4.1引言 24
4.2 单片机模块 24
4.3 执行机构的驱动电路设计 26
4.4 控制芯片的外围电压路设计 29
4.5本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
附录 35
第1章 绪论
引言
煤炭是保证我国经济稳步发展的重要能源，已经到了不可或缺的地步。然而，由于长期以来国内相关人员对煤矿安全意识认识不足，而是盲目的去追求经济效益，导致中国煤矿安全设备发展严重滞后，无法满足煤炭行业发展需要。然而，煤矿行业仍在高速发展、延伸，这也导致其生产强度与安全保护之间的差距变得越来越大，煤矿井下事故发生也变得越来越频繁，对我国的经济发展不利。所以，救援救生装备的发展对于改善我国煤矿安全生产状况、提高灾害应对和抗风险能力都具有十分重要的意义。紧抓矿井重大灾害遇险人员救援救生装备的研制，提高煤矿事故安全保障能力，减少矿工伤亡等已经逐渐成为我国煤矿安全的首要目标[1]。
根据有关资料记录，很多煤矿塌陷或者是比较巨大的爆炸性事故，在短时间内迅速受伤死亡的人员数量往往只占据很少的一部分比例，然而大部分矿工的伤亡则是因为灾难事故发生后的继发性事故造成的。即当煤矿井下爆炸性事故发生之后，大部分矿工并没有直接死亡，而是因为被困在煤矿井下无法逃出到地面或者难以撤离到安全地带。虽然仍然生存在煤矿井下，但是他们没有水、没有食物，还有爆炸后的有毒有害气体的毒害和温度过高对身体的伤害，最终这些因素导致人员的窒息、脱水和挨饿等原因相继死亡。所以，世界上很多国家在明白到这些后都在加快煤矿井下救生舱的研制工作，以便在煤矿井下爆炸性事故发生后，为煤矿井下无法逃离的生还人员营造一个短时间的安全密闭环境，让他们能够很好的生存一段时间并等待外部有序的救助救援。
救生舱是一种能够有效保护煤矿井下事故发生时无法及时逃离人员的安全救生设备。一些发达国家很早就认识到煤矿灾难救援的重要性并早早的开始使用救生舱技术来采取煤矿井下灾害救援工作，并多次成功地救护了灾难事故发生后的遇险的矿下工人[2]。
本文的工作是研究并设计煤矿井下救生舱的控制系统。
国内外研究现状
1.2.1 煤矿井下救生舱研究现状
国外煤矿井下救生舱研制企业主要齐聚在美洲、澳洲等经济比较繁荣的国都，他们不仅在煤矿井下救援救生设备研究方面有所突破，而且在隧道等救援救生设备研制方面也有十分瞩目的成就。然而，不仅如此，国外很多矿用救生舱已经有了许多应用成功的实践案例，不止一次的成功营救了无数的煤矿井下生命，也因此获得了许许多多宝贵的救援救生经验，这也进一步推动了他们在这方面技术的发展和更新，值得我们国家去学习和借鉴。
比如，斯特塔公司研制的救援救生设备，其内部常常会设有隔气的间室，能够很好的提供环境空气，包含产出人们所需要的氧气、去除废气，即二氧化碳等，并能够维持几十个小时的时间。此外，还配备有空气质量监测系统以及卫生间和灭火器等基本防护救援设备。
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（a）钢制舱 （b）充气折叠舱
图11 斯特塔安全设备公司避难舱
如图11（a）所示，钢制避难舱是煤矿救援设备中最典型的产品，可承受0.1Mpa的超压；而如图11（b）所示，充气型可折叠救援舱的结构则使用的材质是经过了相关负责部门批准的耐用、抗燃烧等特性的特质材料[3]。
相对于国外而言，中国对矿用救生舱的研究起步相对就比较晚，总体设计思路也不是十分的成熟，缺少必须的试验或者检验方面的技术支持，而且更加缺少井下现场实践的相关经验。其中，北京科技大学对研究救生舱的进展较快，所研制的救生舱已经获得“煤安”标志。国内典型的两款外形救生舱有两种，具体如图12所示。
（a）圆柱形救生舱 （b）矩形救生舱
图12 国内矿用救生舱
进一步调查发现，由北京科技大学负责的国家级科技支持规划对煤矿井下救生设备有关研发的进程起到了有效的促进，他们所研发的煤矿井下救生舱成功完成了模拟安全井下试验；由煤科院重庆市应急救援所研制、生产出来的井下救生舱，已于2010年12月份开始调运安装并进行了相关井下安全试验。
时至今日，国内已有武汉生保、山西潞安、青岛磐石、青岛华盾、西安东风
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