mạch cảnh báo ðảm bảo an toàn trong hầm lò

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử - Viễn Thông ====o0o==== ĐỒ ÁN I Đề tài: MẠCH CẢNH BÁO ĐẢM BẢO AN TOÀN TRONG HẦM LÒ Giảng viên hướng dẫn: Lâm Hồng Thạch BÁO CÁO ĐỒ ÁN I MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI -5 PHẦN MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM TRONG HẦM MỎ -9 PHẦN PHẦN MỀM -22 PHẦN TỔNG KẾT 43 Tài liệu tham khảo : 43 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I LỜI NÓI ĐẦU Hầm mỏ công trình ngầm nằm sâu long đất nhằm khai thác khoáng sản Các vật liệu khai thác từ mỏ kim loại bản, kim loại quý, sắt, urani, than, kim cương, đá vôi, đá phiến dầu, đá muối kali cacbonat Bất kỳ vật liệu từ trồng trọt tạo phòng thí nghiệm nhà máy khai thác từ mỏ Khai thác mỏ nghĩa rộng bao gồm việc khai thác nguồn tài nguyên không tái tạo (như dầu mỏ, khí thiên nhiên, chí nước) Ngày với kỹ thuật tiên tến đại thấy đường hầm sâu tối tăm, nên việc đảm bảo an toàn cứu hộ đường hầm điều không đơn giản, giới chứng kiến nhiều vụ sập hầm mỏ lớn mà hậu khó lường Chính điều thúc nhóm em đưa ý tưởng việc phòng cảnh báo dấu hiệu dấu hiệu làm sập hay nổ hầm áp suất, độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ khí metan Từ phán đoán đưa phương án hợp lý để tăng độ an toàn Đồ án bao gồm nội dung : - Giới thiệu đề tài - Tiêu chuẩn an toàn hầm mỏ - Mạch đo cảnh báo độ ẩm, nhiệt độ hầm mỏ - Phần mềm - Tổng kết BÁO CÁO ĐỒ ÁN I Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo TS.Lâm Hồng Thạch Giảng viên Viện Điện Tử - Viễn Thông trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, cố vấn khoa học GS.TSKH Đào Khắc An người thầy trực tiếp định hướng đồ án, giúp đỡ mặt để chúng em hoàn thành đồ án Đồng thời chúng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể anh chị phòng Vật Liệu Và Linh Kiện Năng Lượng, Viện Khoa Học Vật Liệu tạo điều kiên để giúp chúng em hoàn thành đồ án minh, đặc biệt anh Nguyễn Chung Đông BÁO CÁO ĐỒ ÁN I PHẦN GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI Thiết kế mạch đo độ ẩm nhiệt độ đưa cảnh báo an toàn cho hầm mỏ khai thác khoáng sản: Mạch sử dụng cảm biến đặt trực tiếp hầm lò để đưa giá trị nhiệt độ, độ ẩm Giá trị hiển thị lên hình LCD để công nhân nắm tình hình nhiệt độ, độ ẩm hầm lò, đồng thời gửi liệu đến hình LCD trung tâm để quản lí công trình nắm rõ tình hình hầm lò Khi mà yếu tố: Độ ẩm nhiệt độ vượt ngưỡng quy định có chuông báo động đồng thời hầm mỏ trung tâm để công nhân nhanh chóng di tản khỏi hầm lò nhà quản lí biết để hỗ trợ cứu giúp công nhân Khi mà giá trị nhiệt độ độ ẩm hầm lò trở lại ngưỡng an toàn chuông tự động ngắt Các dây nối thiết bị bọc kín đảm bảo an toàn hầm lò theo quy định Nhà nước Tính khả thi đề tài cao, đem lại lợi ích lớn việc hạn chế cháy nổ hầm mỏ BÁO CÁO ĐỒ ÁN I PHẦN TIÊU CHUẨN AN TOÀN HẦM MỎ Qua tìm hiểu tài liệu mạng thực tế tiêu chuẩn hầm mỏ, nhóm rút yêu cầu tiêu chuẩn an toàn sau : • Nhiệt độ không khí gương khấu, gương lò khác có người làm việc tối đa 30oC • Hàm lượng ôxy không khí mỏ lò có người tối thiểu 20% (theo thể tích) Hàm lượng khí cacbonic không khí mỏ cho phép tối đa quy định sau: + 0,5% nơi làm việc, luồng gió thải khu khai thác lò cụt; + 0,75% luồng gió thải cánh, mức khai thác toàn mỏ; + 1% đào phục hồi đường lò qua vị trí sụp đổ • Hàm lượng khí hydrô buồng nạp ắc quy tối đa 0,5% Không khí lò hoạt động không chứa khí độc với hàm lượng giới hạn cho phép Bảng III.1 Hàm lượng giới hạn cho phép khí độc lò hoạt động Hàm lượng giới hạn cho lò hoạt động % theo thể tích 0,00170 0,00025 0,00010 0,00038 0,00070 Khí độc Oxit Cácbon (CO) Các Oxit Nitơ (qui đổi theo NO2) Đioxit Nitơ (NO2) Anhidrit Sunfurơ (SO2) Sunfua hydrô (H2S) • phép khí độc mg/m3 20 10 10 Hàm lượng khí Mêtan không khí mỏ, mức độ nguy hiểm cháy nổ quy định Điều 51 Quy chuẩn • Sau nổ mìn trước người lao động vào gương lò làm việc, tổng số hàm lượng khí độc qui đổi theo Oxit Cácbon không vượt 0,008% theo thể tích Việc BÁO CÁO ĐỒ ÁN I thông gió làm loãng khí độc, khí Mêtan đảm bảo hàm lượng không khí mỏ đạt đến giới hạn cho phép thực tối đa 30 phút sau nổ mìn • Khi thành phần không khí lò không đảm bảo quy định Điều 41 Quy chuẩn này, phải dừng công việc lò người phải đến vị trí có luồng gió phải báo cho phận điều hành huy sản xuất mỏ, đồng thời phải có biện pháp để cải thiện chất lượng không khí lò theo quy định • Nhanh chóng dừng hoạt động lò, đưa người đến nơi có luồng gió cắt điện thiết bị điện thiết bị thông gió trung tâm dừng hoạt động chế độ thông gió bị phá vỡ • Khi thiết bị thông gió trung tâm dừng hoạt động thời gian lâu 30 phút, Chỉ huy sản xuất phải tổ chức thực đưa người thoát khỏi hầm lò nhanh chóng khắc phục cố Chỉ phép tiếp tục trở lại làm việc sau thông gió đo khí, đo gió, kiểm tra gương khấu gương lò cụt đảm bảo an toàn Ảnh hưởng độ ẩm tới an toàn hoạt động hầm mỏ : - Các mỏ hầm lò khai thác phân loại có nguy hiểm khí hay bụi nổ xác định loại khí bụi Nồng đồ khí độc bụi cao dễ gây nguy hiểm nổ tự cháy trình sản xuất - Cụ thể không khí hầm lò có người làm việc phải đảm bảo nồng độ oxy không nhỏ 20% (khi cho phép nồng độ khí CO2 vị trí làm việc không lớn 0.5%) nhiệt độ không lớn 30 độ C/ Nồng độ khí CO2 luồng gió thải chung phải nhỏ 0.75%) - Chỉ tiến hành làm việc nơi có nhiệt độ cao 30 độ có hỗ trợ an toàn phép - Độ ẩm có yếu tố định đến an toàn trình hoạt động hầm mỏ Độ ẩm cao dễ gây ẩm đất, dễ gây sạt lở, độ ẩm thấp ảnh hưởng đến không khí gây mệt mỏi vs người công tác Tùy vào địa hình, cấu tạo hầm mỏ khác mà có số giới hạn độ ẩm khác Vì độ ẩm hầm lò thường cao nên trung bình độ ẩm không khí vượt 80% gây BÁO CÁO ĐỒ ÁN I nguy hiểm cho người làm việc hầm lò Độ ẩm chịu tác động nhiệt độ - Lưu lượng không khí cần thiết để thông gió cho hầm lò phải tính toán theo số người đông đồng thời làm việc lò, khí oxit cacbon, khí sinh nổ mình, khí cháy bụi nổ Lương không khí cần thiết để thông gió cho hầm lò lấy theo giá trị lớn yếu tố BÁO CÁO ĐỒ ÁN I PHẦN MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM TRONG HẦM MỎ Dựa yêu cầu thực tế, vế vấn đề an toàn lao động hầm mỏ, yếu tố mặt nhiệt độ, độ ẩm có ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn hầm mỏ nhóm định phát triển mạch cảnh báo nhiệt độ độ ẩm Các yếu tố khác áp suất, nồng độ khí yêu cầu mạch cảm biến, vi xử lý phức tạp đắt tiền, nên tính khả thi Mạch bao gồm hai phần chính: Mạch gắn với cảm biến vi xử lý đặt hầm mỏ mạch hiển thị, cảnh báo đặt trung tâm điều hành Trong mô mạch chia mạch khối: -Khối cảm biến xử lý -Khối hiển thị -Khối cảnh báo -Sơ đồ khối thiết kế phần mềm: BÁO CÁO ĐỒ ÁN I -Sơ đồ nguyên lí phần cứng: 10 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I #byte PIE2 =0x8D #byte PCON =0x8E #byte SSPCON2 =0x91 #byte PR2 =0x92 #byte SSPADD =0x93 #byte SSPSTAT =0x94 #byte TXSTA =0x98 #byte SPBRG =0x99 #byte ADRESL =0x9E #byte ADCON1 =0x9F // ghi #byte EEDATA =0x010C #byte EEADR =0x010D #byte EEDATH =0x010E #byte EEADRH =0x010F //bo ghi #byte EECON1 =0x018C #byte EECON2 =0x018D //trang thai bits-dung ngon ngu assembly #define IRP #define RP1 #define RP0 #define NOT_TO #define NOT_PD #define Z #define DC #define C //INTCON bits dùng cho c #bit gie = 0x0b.7 #bit eeie = 0x0b.6 #bit t0ie = 0x0b.5 #bit inte = 0x0b.4 #bit rbie = 0x0b.3 #bit t0if = 0x0b.2 #bit intf = 0x0b.1 #bit rbif = 0x0b.0 //dinh nghia bit 30 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I //-PORTA bits-bits danh cho dau chan A#bit ra5 =0x05.5 #bit ra4 =0x05.4 #bit ra3 =0x05.3 #bit ra2 =0x05.2 #bit ra1 =0x05.1 #bit ra0 =0x05.0 //bits danh cho dau chan B #bit rb7 =0x06.7 #bit rb6 =0x06.6 #bit rb5 =0x06.5 #bit rb4 =0x06.4 #bit rb3 =0x06.3 #bit rb2 =0x06.2 #bit rb1 =0x06.1 #bit rb0 =0x06.0 //bits danh cho dau chan C #bit rc7 =0x07.7 #bit rc6 =0x07.6 #bit rc5 =0x07.5 #bit rc4 =0x07.4 #bit rc3 =0x07.3 #bit rc2 =0x07.2 #bit rc1 =0x07.1 #bit rc0 =0x07.0 //dinh nghia bits PIR1 #bit PSPIF =0x0C.7 #bit ADIF =0x0C.6 #bit RCIF =0x0C.5 #bit TXIF =0x0C.4 #bit SSPIF =0x0C.3 #bit CCP1IF =0x0C.2 #bit TMR2IF =0x0C.1 #bit TMR1IF =0x0C.0 //dinh nghia bits PIR2 #bit CMIF =0x0D.6 #bit EEIF =0x0D.4 #bit BCLIF =0x0D.3 #bit CCP2IF =0x0D.0 //dinh nghia bits T1CON #bit T1CKPS1 =0x10.5 #bit T1CKPS0 =0x10.4 #bit T1OSCEN =0x10.3 #bit T1SYNC =0x10.2 #bit TMR1CS =0x10.1 31 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I #bit TMR1ON =0x10.0 //dinh nghia bits T2CON #bit TOUTPS3 =0x12.6 #bit TOUTPS2 =0x12.5 #bit TOUTPS1 =0x12.4 #bit TOUTPS0 =0x12.3 #bit TMR2ON =0x12.2 #bit T2CKPS1 =0x12.1 #bit T2CKPS0 =0x12.0 //dinh nghia bits SSPCON #bit WCOL =0x14.7 #bit SSPOV =0x14.6 #bit SSPEN =0x14.5 #bit CKP =0x14.4 #bit SSPM3 =0x14.3 #bit SSPM2 =0x14.2 #bit SSPM1 =0x14.1 #bit SSPM0 =0x14.0 //Thiet lap chu ki #bit CCP1X =0x17.5 #bit CCP1Y =0x17.4 #bit CCP1M3 =0x17.3 #bit CCP1M2 =0x17.2 #bit CCP1M1 =0x17.1 #bit CCP1M0 =0x17.0 //Bit dieu khien cho phep nhan khoi du lieu #bit SPEN =0x18.7 #bit RX9 =0x18.6 #bit SREN =0x18.5 #bit CREN =0x18.4 #bit ADDEN =0x18.3 #bit FERR =0x18.2 #bit OERR =0x18.1 #bit RX9D =0x18.0 //Bit ghi dieu khien nap #bit CCP2X =0x1D.5 #bit CCP2Y =0x1D.4 #bit CCP2M3 =0x1D.3 #bit CCP2M2 =0x1D.2 #bit CCP2M1 =0x1D.1 #bit CCP2M0 =0x1D.0 //Bit ngat toan cuc 32 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I #bit ADCS1 =0x1F.7 #bit ADCS0 =0x1F.6 #bit CHS2 =0x1F.5 #bit CHS1 =0x1F.4 #bit CHS0 =0x1F.3 #bit ADGO =0x1F.2 #bit ADON =0x1F.0 // Bit theo chinh #bit RBPU =0x81.7 #bit INTEDG =0x81.6 #bit T0CS =0x81.5 #bit T0SE =0x81.4 #bit PSA =0x81.3 #bit PS2 =0x81.2 #bit PS1 =0x81.1 #bit PS0 =0x81.0 //Bit Output cong A #bit TRISA5 =0x85.5 #bit TRISA4 =0x85.4 #bit TRISA3 =0x85.3 #bit TRISA2 =0x85.2 #bit TRISA1 =0x85.1 #bit TRISA0 =0x85.0 //Bit cong B #bit TRISB7 =0x86.7 #bit TRISB6 =0x86.6 #bit TRISB5 =0x86.5 #bit TRISB4 =0x86.4 #bit TRISB3 =0x86.3 #bit TRISB2 =0x86.2 #bit TRISB1 =0x86.1 #bit TRISB0 =0x86.0 //Bit cong C #bit TRISC7 =0x87.7 #bit TRISC6 =0x87.6 #bit TRISC5 =0x87.5 #bit TRISC4 =0x87.4 #bit TRISC3 =0x87.3 #bit TRISC2 =0x87.2 #bit TRISC1 =0x87.1 #bit TRISC0 =0x87.0 //Ngat Timer hoat dong 33 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I #bit PSPIE =0x8C.7 #bit ADIE =0x8C.6 #bit RCIE =0x8C.5 #bit TXIE =0x8C.4 #bit SSPIE =0x8C.3 #bit CCP1IE =0x8C.2 #bit TMR2IE =0x8C.1 #bit TMR1IE =0x8C.0 //Chua cac bit dieu khien cac ngat cua khoi chuc nang #bit CMIE =0x8D.6 #bit EEIE =0x8D.4 #bit BCLIE =0x8D.3 #bit CCP2IE =0x8D.0 // -#bit POR =0x8E.1 #bit BOD =0x8E.0 //Doc va ghi trang thai thu #bit GCEN =0x91.7 #bit ACKSTAT =0x91.6 #bit ACKDT =0x91.5 #bit ACKEN =0x91.4 #bit RCEN =0x91.3 #bit PEN =0x91.2 #bit RSEN =0x91.1 #bit SEN =0x91.0 //Doc va ghi trang thai thu #bit STAT_SMP =0x94.7 #bit STAT_CKE =0x94.6 #bit STAT_DA =0x94.5 #bit STAT_P =0x94.4 #bit STAT_S =0x94.3 #bit STAT_RW =0x94.2 #bit STAT_UA =0x94.1 #bit STAT_BF =0x94.0 //Ghi trang thai phat #bit CSRC =0x98.7 #bit TX9 =0x98.6 #bit TXEN =0x98.5 #bit SYNC =0x98.4 34 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I #bit BRGH =0x98.2 #bit TRMT =0x98.1 #bit TX9D =0x98.0 //Dieu khien hoat dong module AD #bit ADFM =0x9F.7 #bit ADCS2 =0x9F.6 #bit PCFG3 =0x9F.3 #bit PCFG2 =0x9F.2 #bit PCFG1 =0x9F.1 #bit PCFG0 =0x9F.0 //Chon bo nho du lieu #bit EEPGD =0x018C.7 #bit WRERR =0x018C.3 #bit WREN =0x018C.2 #bit WR =0x018C.1 #bit RD =0x018C.0 35 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I -Thư viện LCD // Name : lcd4bit.h // LCD16x2 Library // Initialization : LCD_Init(); // LCD_Position(int x); // Di chuyển vị trí trỏ // LCD_Char(int x); // Hiển thị biến Char // LCD_Cmd(int x); // Gửi lệnh lên LCD // LCD_Pulse(); // LCD_CGRAM(); //============================================================ ================== //#define lcd_light PIN_D0 #define lcd_RS PIN_D1 #define lcd_RW PIN_D2 #define lcd_E PIN_D3 #define lcd_B1 #define lcd_B2 #define lcd_B3 #define lcd_B4 PIN_D4 PIN_D5 PIN_D6 PIN_D7 #define dong_1 #define dong_2 #define Xoa_lcd 0x80 0xC0 0x01 //====================Cac ham dung ngoai thu vien============== #separate void LCD_Init(); // Khai báo tiền tố sử dụng LCD #separate void LCD_Position(int x); // Di chuyển vị trí trỏ #separate void LCD_Char(int x); // Hiển thị biến Char #separate void LCD_Cmd(int x); // Gửi lệnh lên LCD #separate void LCD_Pulse(); #separate void LCD_CGRAM(); //==========================Chuong trinh======================== #separate void LCD_Data (int x) { output_bit(lcd_B1, x & 0x01); output_bit(lcd_B2, x & 0x02); output_bit(lcd_B3, x & 0x04); output_bit(lcd_B4, x & 0x08); } #separate void LCD_Pulse() { output_high(lcd_E); delay_us ( 3); // was 10 output_low(lcd_E); delay_us ( 150); // was } 36 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I #separate void LCD_Position(int x) { LCD_Data(Swap(x) | 0x08); LCD_Pulse(); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); } // Di chuyển vị trí trỏ #separate void LCD_Cmd (int x) { LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); if (x == 0x01) delay_us(2000); } // Gửi lệnh lên LCD #separate void LCD_Char (int x) { output_high(lcd_RS); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); LCD_Data(Swap(x)); LCD_Pulse(); output_low(lcd_RS); } // Hiển thị biến Char #separate void LCD_Init () // Khai báo tiền tố sử dụng LCD { // output_high(lcd_open); LCD_Data(0x00); delay_ms(20); output_low (lcd_RS); output_low (lcd_RW); LCD_Data(0x03); LCD_Pulse(); LCD_Pulse(); LCD_Pulse(); LCD_Data(0x02); LCD_Pulse(); LCD_Cmd(0x2c); LCD_Cmd(0x0c); LCD_Cmd(0x06); LCD_Cmd(0x01); } //Cho VDD lên >> 15ms //mặc định viết lệnh //mặc định LCD nhận lệnh //Chế độ bit //xóa hình //bật hiển thị, tắt trỏ //tăng trỏ //xóa hình hiển thị 37 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I -Thư viện SHT #define sht_data_pin PIN_B2 #define sht_clk_pin PIN_B3 //***** Chức cảnh báo SHT11 ***** void comstart (void) { output_float(sht_data_pin); output_bit(sht_clk_pin, 0); delay_us(1); output_bit(sht_clk_pin, 1); delay_us(1); output_bit(sht_data_pin, 0); delay_us(1); output_bit(sht_clk_pin, 0); delay_us(2); output_bit(sht_clk_pin, 1); delay_us(1); output_float(sht_data_pin); delay_us(1); output_bit(sht_clk_pin, 0); } //dữ liệu mức cao //clk mức thấp //clk mức cao //dữ liệu mức thấp //clk mức thấp //clk mức cao //dữ liệu mức cao //clk mức thấp //***** Chức ghi liệu vào SHT11 ***** int1 comwrite (int8 iobyte) { int8 i, mask = 0x80; int1 ack; //Chuyển lệnh delay_us(4); for(i=0; i 0) output_float(sht_data_pin); else output_bit(sht_data_pin, 0); delay_us(1); output_bit(sht_clk_pin, 1); delay_us(1); mask = mask >> 1; } //clk mức thấp //dữ liệu mức cao MSB mức cao //dữ liệu mức thấp MSB mức thấp //clk mức cao //chuyển sang bit tiếp //sự thay đổi ack 38 BÁO CÁO ĐỒ ÁN I output_bit(sht_clk_pin, 0); delay_us(1); ack = input(sht_data_pin); output_bit(sht_clk_pin, 1); delay_us(1); output_bit(sht_clk_pin, 0); return(ack); } //clk mức thấp //lấy ack bit //clk mức cao //clk mức thấp //***** Chức đọc liệu tới SHT11 ***** int16 comread (void) { int8 i; int16 iobyte = 0; const int16 mask0 = 0x0000; const int16 mask1 = 0x0001; //đưa liệu vào MSB for(i=0; i