煤矿井下安全生产监测系统协议设计与实现

目录

1 项目描述

2 任务分析

3 协议的设计

4 项目主要流程

5 项目的实现

6 项目实现结果

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1 项目描述

（1）项目背景：

煤矿井下生产环境恶劣，为保障井下人员的安全，需要实时对井下各种环境因素进行监控。监控数据主要分为两大类，模拟量和开关量。模拟量包括甲烷、瓦斯、氧气、一氧化碳、二氧化碳和温度等，而开关量涉及通风风机、设备运行状态和馈电传感器等。这些数据通过上位机和下位机之间的网络通信进行传输和处理。

（2）项目目标：

1. 设计并实现一个适用于煤矿井下安全生产的监测系统协议，确保上位机和下位机之间的可靠通信。
2. 实现传感器数据的定时采集和上传，包括甲烷检测传感器、温度测量传感器和氧气检测传感器的模拟量数据，以及通风风机和煤矿设备的开关状态。
3. 根据控制规则，对上传的数据进行处理，控制传感器的工作状态，以保障安全生产。
4. 保持上位机和下位机的时间同步，确保数据时间戳的准确性。
5. 实现数据确认机制，确保上位机发出的控制指令被正确执行。

2 任务分析

系统分为上位机（计算机）和下位机（嵌入式系统），通过网络通信。下位机连接各种传感器，并设置多个继电器（进出端口，可实现对传感器的通断电），并将传感器数据定时上传到上位机（每5秒上传一次；如果传感器数值发生变化，则立即上传）。上位机收到下位机数据后，要显示收到的各个传感器的数值或者状态，并且根据控制规则向下位机传输控制数据，从而对各个传感器进行控制。

下位机可采集到甲烷检测传感器（16bit）、温度测量传感器（8bit）、氧气检测传感器（8bit）的模拟量数据，以及主备两台风机开关状态；井下开采设备、煤矿传输设备的馈电传感器开关状态的开关量。下位机连接了各继电器，可控制井下开采设备、传输设备、风机设备的通电。

（1）井下通风风机分为主备，两者不能同时处于关闭状态。若上位机检测到两个通风风机同时为关闭状态，需要立即报警。

（2）甲烷浓度超过预警值时，上位机提示报警；继续上升超过断电阈值时，通知下位机相应的继电器工作（开采设备、传输设备断电），并检测对应的馈电传感器是否有电（如断电失败），上位机要立即报警。

（3）井下温度过高或氧气浓度过低，需要同时开启两个通风风机，待温度和氧气浓度适宜，关闭备用风机，保持主风机开启。

（4）系统需