相比大型煤炭企业，中小型煤矿由于经济问题，其生产技术装备落后、安全监控管理意识低下，每年中小型煤矿企业事故发生率占全国煤矿事故发生率的70%以上。煤矿生产事故，主要是由采矿技术装备落后、缺乏安全监管方法引起的。因此要想根本性地解决煤矿安全生产问题，不仅要优化安全管理办法，还要提供经济可靠的消除安全隐患的技术方案。针对这些问题，煤矿安全监控系统能够对影响开采的非安全因素进行监测，通过监测的数据与事故发生数据的比对，提供有效的预防事故的控制措施，例如实现声光报警、设备自动断电等，从而达到智能化安全监控煤矿生产，降低煤矿事故发生率的目的。论文网

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究状况

1.2.2 国内发展现状

1.3 本设计的主要工作

为了完善我国目前煤矿安全监控技术，解决系统监测功能单一化的缺点，本文研制和设计出基于单片机的矿井下多种环境参数监测和相关设备控制的工业安全监控系统。它的主要功能是利用单片机实现矿井下甲烷浓度、一氧化碳浓度、温湿度等参数的监测，结合上位机实现数据的实时显示，并根据超限控制要求对风机转速和设备开停状态进行控制。因此，本文主要围绕着先进的传感器技术、智能单片机技术和上位机软件技术对以下内容进行着重研究：

（1）矿用传感器的选型及其输出的模拟电流处理电路的设计；

（2）执行机构选型及其控制电路的设计；

（3）单片机选型及其软件部分的设计；

（4）通信接口电路的设计；

（5）各部分工作电源的设计；

（6）选择合适的上位机软件，完成相关计算，对被测量进行数据处理、显示和记录等。

2 系统总体方案设计

2.1 系统的工艺介绍

本文所设计的系统适用于矿井下采煤工作面的作业安全的监测监控。该控制系统主要监测采煤工作面的CH4、CO、O2、CO2各种主要气体浓度以及温湿度、设备开停状态来自动计算出当前所需的风量大小，从而根据工作面所需风量来控制局部通风机的发出的风量。其中主要动作执行机构为变频器和设备开停控制开关。

本设计选用的传感器均为矿用智能型传感器，能够根据设置的界限进行自行超限声光报警，避免了设计系统中报警硬件电路的设计。下位机所采用的微控制器为宏晶单片机STC12C5A08S2，不仅兼容51系列单片机的所有指令，还内置ADC，能够减少外围电路结构，开发起来相对容易。上位机选用LabVIEW软件实现数据处理和数据显示等功能，将处理数据、控制功能由上位机完成，减轻下位机开发负担，有利于系统的稳定。文献综述

该设计的主要控制要求如下所示：

（1）当采煤工作面CH4浓度大于1%浓度或者CO2越过1.5%浓度界限时，上位机发出声光报警，并发出控制信号实现设备断电、并使通风机开启到最大转速状态，通风以减小井内甲烷或二氧化碳浓度，以避免爆炸事故发生。其中，采煤工作面允许风流速度，不能超过4m/s或小于0.25m/s。当CH4浓度超过4%时，发出撤离警报[5]；

（2）当温度超过30℃时，应发出温度超限报警，以提示在井人员需要采取降温措施，并发出控制信号使相关正在运行的设备停止；

（3）当传感器检测到井内CO浓度超过24ppm浓度时，上位机发出有害气体超限声光报警提示，并使通风机转速升高，增大通风量，直到有害气体浓度降低符合标准；

（4）由风量传感器监测风流速度和风量大小，根据采煤工作面风速允许范围4m/s~0.25m/s，利用变频器改变相应的频率来控制通风机的转速；