基于STM32单片机的煤矿环境监测及预警系统设计.pdf
《基于STM32单片机的煤矿环境监测及预警系统设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于STM32单片机的煤矿环境监测及预警系统设计.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、科学技术创新 2023.21基于 STM32 单片机的煤矿环境监测及预警系统设计朱新强,吴溢达,韩颖晴,张睿哲(中国矿业大学(北京),北京)引言在煤矿开采的过程中,安全事故层出不穷,对国家财产和人民生命安全造成了极大的损害,煤矿安全是事关国家经济发展和人民生命安全的头等大事1。近年来,由于井下环境安全检测系统的日益完善,煤矿事故率明显下降,井下安全工作环境得到了显著的改善2。通过研究对于井下影响安全的关键环境因素的实时检测和预警系统,能够进一步地提升煤矿生产的安全系数,具有十分重要的现实意义。瓦斯浓度、煤尘浓度、温湿度以及风压风速是煤矿环境安全检测的关键因素,通过相关传感器实时检测,借助无线通
2、信模块与 PC 端进行实时通信交互,实现数据交互。当 PC 端接收到的数据信息不满足给定的预设值范围时,向单片机发送预警信号,单片机接收信号后,开启声光报警电路。1系统总体设计煤 矿 环 境 监 测 及 预 警 系 统 设 计 采 用STM32F103ZET6 微处理器为主控模块,采用 3.3 V 的供电电压,搭配 MQ-5 瓦斯传感器,DHT11 温湿度传感器,ZPH01 粉尘传感器,DP-K022 风压传感器,超声波风速传感器,以实现对煤矿内部各种影响安全的环境因素实时检测,并通过 ESP8266WIFI 模块进行单片机与 PC 机之间的实时数据通信,控制声光报警电路,实现报警功能。系统总
3、体设计框图如图 1 所示。图 1系统总体设计框图2系统硬件电路设计2.1系统微控制器煤矿环境监测及预警系统的核心微控制器选用意法半导体的 STM32F103ZET6 微控制器,这是一种嵌入式-微控制器的集成电路,采用 ARM Cortex-M3 内核,拥有高达 72 MHz 的主频,芯体尺寸为 32 位,速度为 72 MHz,程序存储器容量是 256 KB,能够支持高速运算和复杂计算任务,同时还具有 128 KB 闪存和20KB SRAM,可以存储大量的程序代码和数据,能够及时地处理系统中各个传感器检测到的环境信息,并通过 ESP8266WIFI 模块及时传输给 PC 端,能够满足系统设计的高
4、实时性要求3。基金项目院2022 年中国矿业大学(北京)大学生创新创业训练项目(202204089)。作者简介:朱新强(2000-),男,本科,研究方向:机器人工程。摘要:根据煤矿环境安全国家标准指标,设计一种基于 STM32F103ZET6 单片机的煤矿环境监测及预警系统。该系统采集瓦斯浓度、温湿度、粉尘、风速和风压传感器的检测数据,并利用 ESP8266 WIFI 模块实现了单片机与 PC 端之间的无线通信,实现数据交互功能,并控制报警电路实现预警功能。关键词:STM32F103ZET6;监测系统;预警系统中图分类号院TP277文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤21-0
5、084-0484-2023.21 科学技术创新2.2电源电路STM32F103ZET6正常工作电压范围为 2.0 V3.6 V,为了提高系统的使用寿命和可靠性,选择使用 3.3 V电源供电。通过设计电源电路实现变压的功能,图 2 为电源稳压电路。为防止电压过大烧坏单片机,电源电路通过 AMS1117 稳压器将 5 V 的输入电压变为 3.3 V电压稳定输出,电压的误差可以控制在 1.5%之内。图 2电源稳压电路2.3MQ-5 瓦斯传感器煤矿中对安全生产影响最大的因素是瓦斯爆炸。MQ-5 传感器对于甲烷和丙烷的灵敏度高,而甲烷是瓦斯气体最主要的组成成分,它的检测范围为 30010 000 ppm
6、,因此 MQ-5 能够很好地满足瓦斯检测的要求。图 3 所示为 MQ-5 的基本测试电路,该传感器需要施加 2 个电压:加热器电压 VH和测试电压 VC。图 3MQ-5 基本测试电路2.4DHT11 温湿度传感器瓦斯爆炸的最低点火温度会随着温度升高而降低,瓦斯的爆炸极限温度介于-20 益+60 益之间;瓦斯在空气中的扩散受到湿度的影响,空气湿度会干扰瓦斯扩散,高湿度会增加煤尘聚集的风险,爆炸的相对湿度上限为 80%。DHT11 是温湿度检测的常用传感器。湿度精度为依5%RH,温度精度为依2 益,量程为 595%RH 和-20 益+60 益,能够满足系统设计的使用要求4。2.5ZPH01 粉尘传
7、感器ZPH01 是一款基于光散射原理的传感器。可以有效检测空气中粉尘浓度。它的工作原理是通过发射激光束,使粉尘将激光散射到周围,传感器通过光电检测器对散射光强度分析获取粉尘浓度信息。2.6DP-K022 风压传感器煤矿中风压范围在 1.22.5 Kpa 之间。DP-K022风压传感器是一种高精度微压传感器,可以实现高精度的风压测量和模拟信号输出。精度高,具有多种可供选择的量程,选用大于等于 2 Kpa 的满足设计要求,分辨率达到了 0.5%,稳定性高,功耗低,足以满足系统对于风压检测的要求。2.7超声波风速传感器煤矿风速的范围一般在 0.52.5 m/s,过高或者过低都会影响煤矿安全和生产效率
8、。超音波风速传感器可以很好地满足系统对于检测风速的设计要求。它是一种基于超音波技术为原理的风速检测传感器。工作原理是:通过发射超声波脉冲,检测经过气流反射回来的气流速度计算风速信息。具有较高的精度,不受其他环境因素影响,响应速度高的特点。2.8声光报警电路声光报警电路如图 4 所示。STM32F103ZET6 接收到来自 PC 端发送的报警信号时,单片机发出信号开启报警电路,将 GPIO 引脚设置为输出模式,当接收到来自单片机的信号时,将 GPIO 置于高电平,通过三极管放大电路放大输入信号,点亮红色警报灯,开启蜂鸣报警器。图 4声光报警电路2.9ESP8266WIFI 模块85-科学技术创新
9、 2023.21ESP8266WIFI 模块作用有两方面,一方面是接收来自单片机的环境信息信号,并将接收的信号通过无线网络发送给 PC 机;另一方面是接收来自 PC机的报警信号,并将报警信号通过串口通信传递给单片机。实现了单片机与 PC 机之间的实时交互。STM32F103ZET6 采用 AT 命令方式进行通信,单片机通过向 ESP8266 发送 AT 指令实现数据的上传功能5。通过以上的各个传感器的选择与电路的设计,煤矿环境检测系统的硬件电路被完整设计。3系统软件设计3.1系统软件开发环境STM32F103ZET6 是基于 ARM 架构的微控制器。适用于 STM32F103 系列的嵌入式开发
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 STM32 单片机 煤矿 环境监测 预警系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。