煤矿井下作业安全监测系统设计

本科毕业论文（设计）第摘要本文设计了一种基于单片机的煤矿井下作业安全监测控制系统。该系统主要由主机和从机两部分组成，主机由STM32F103单片机、OLED显示模块、按键、蜂鸣器报警模块和LLCC68通信模块构成；从机由STM32F103单片机、OLED显示模块、DHT11温湿度传感器、MQ-4甲烷传感器、A0-01氧气传感器、MQR12体征传感器和LLCC68通信模块组成。该系统可实现对井下作业人员健康状况的实时监测，并对环境温湿度、氧气浓度和可燃气体浓度进行检测。当监测数据超出设定阈值时，系统会发出声光报警并将信息发送至上位机。该系统还集成了基于RFID的人员定位功能，可精确定位井下作业人员的位置。关键词：煤矿安全监测；单片机控制；环境检测；健康检测；人员定位

AbstractThisarticledesignsacoalmineundergroundoperationsafetymonitoringandcontrolsystembasedonamicrocontroller.Thesystemmainlyconsistsofahostandaslave.ThehostconsistsofanSTM32F103microcontroller,anOLEDdisplaymodule,buttons,abuzzeralarmmodule,andanLLCC68communicationmodule;TheslaveconsistsofSTM32F103microcontroller,OLEDdisplaymodule,DHT11temperatureandhumiditysensor,MQ-4methanesensor,A0-01oxygensensor,MQR12signsensor,andLLCC68communicationmodule.Thissystemcanachievereal-timemonitoringofthehealthstatusofundergroundworkers,anddetectenvironmentaltemperatureandhumidity,oxygenconcentration,andcombustiblegasconcentration.Whenthemonitoringdataexceedsthesetthreshold,thesystemwillsoundandlightanalarmandsendtheinformationtotheuppercomputer.ThesystemalsointegratesRFIDbasedpersonnelpositioningfunction,whichcanaccuratelylocatethepositionofundergroundworkers.Keywords：coalminesafetymonitoring;Singlechipmicrocomputercontrol;Environmentaltesting;Healthtesting;Personnelpositioning

目录11486第1章绪论 第1章绪论1.1课题的目的和意义煤矿作为我国最主要的能源基地之一，其安全生产问题一直受到国家和社会的高度重视。由于井下作业环境的恶劣性和潜在危险性，很容易发生各种安全事故，给矿工的生命安全带来巨大威胁。因此，开发一种高效、可靠的安全监测控制系统，对于保障矿工的人身安全，减少安全事故的发生，维护煤矿的正常开采生产具有极其重要的意义。本课题的目的正是设计一种基于单片机的煤矿安全监控系统，实现对井下作业环境和人员健康状况的全方位实时监测，及时发现各种异常情况并发出报警，从而最大程度地避免事故发生，确保矿工的人身安全。该系统对于提高煤矿安全生产水平，推动我国煤炭工业的健康可持续发展具有深远的意义。1.2课题背景我国是世界煤炭资源大国，煤炭一直是支撑国民经济发展的主力能源。据统计，2022年我国煤炭产量约39.7亿吨，在一次能源消费总量中占比约57%，对经济社会发展具有举足轻重的影响。然而，与煤炭工业的繁荣发展形成鲜明对比的是，多年来安全生产事故频频发生，造成了大量人员伤亡和财产损失，严重威胁了煤矿企业的生存发展和行业健康运行。据不完全统计，近五年来我国每年因煤矿安全事故导致的遇难人数在数百人左右，给矿工家庭和社会带来了沉重的灾难。分析造成这些安全事故的主要原因，包括井下作业环境复杂、监测手段落后、应急救援能力不足等。因此，亟需研发一种先进的煤矿安全监测控制系统，实现对环境和人员的全面监控，从根本上解决安全生产问题。1.3文献综述煤矿安全生产一直是全球采矿业普遍关注的重点问题,特别是在煤炭生产和消费大国中国,煤矿安全问题更加突出和紧迫。随着科学技术的不断进步,煤矿安全监测系统作为确保井下作业安全的重要技术手段备受关注,国内外学者和工程技术人员在这一领域进行了大量卓有成效的研究和实践探索。近年来,煤矿安全监测系统取得了长足的发展。这些系统通常由传感器、控制器、执行机构等多个部分组成,组成一个复杂的网络化、智能化系统,主要用于实时监测并控制井下的环境参数和设备运行状态,从而最大限度确保作业人员的人身安全。尚守恭在2019年的研究中对现有煤矿安全监测控制系统的现状进行了详细描述,强调了该系统在预防事故、提高生产效率方面的重要作用。在技术创新方面,国内学者和工程师也做出了诸多有价值的尝试和突破。李旭东等人在2019年和2020年连续发表了两项关于煤矿安全监测报警控制系统的专利。这些创新系统集成了多种传感器,实时监测井下温湿度、有害气体浓度等关键安全参数,一旦超过预设阈值便自动触发报警,及时应对潜在风险。同时,针对系统运行中常见的误报警问题,孟鑫博在2018年的研究中提出了切实可行的解决方案,有效降低了系统误报警率,提高了监测的准确性。随着硬件技术的飞速发展,FPGA、DSP等新型芯片和处理器也被逐步引入到煤矿安全监测系统的设计中。王启峰等人在2020年设计了一种基于FPGA的煤矿安全监控分站系统,大幅提升了数据处理速度和系统可靠性。郑英华等人则在同年基于DSP芯片开发出一种双局扇监测监控系统,实现了对矿井通风系统的精确监控和控制。除了综合性的大系统,针对特定安全问题的监测系统也备受关注。徐斌等人于2020年设计了一套煤炭地下气化炉的安全保障监控系统;王功进于2004年则重点研究了瓦斯监测系统的管理问题;徐维维和费玲玲则分别于2019年和2023年基于S7-300及Wincc、ARM等技术开发出矿井通风机监测系统和实时瓦斯预警系统等。尽管煤矿安全监测系统已取得了长足进步,但仍存在诸多问题和不足。位小安在2018年指出了矿井监控系统在实际使用中遇到的常见问题,并提出了改进对策。翟晓华等人则于2019年专门设计了一种嵌入式瓦斯氧气浓度监测系统,提高了有害气体监测的精确度和实时响应能力。总的来说,煤矿井下作业安全监测系统是保障采矿安全生产的重中之重。通过近年来国内外研究的综述可以看出,这一领域的技术创新和成果应用取得了瞩目的进展,但仍有诸多问题有待进一步解决和完善。未来,随着物联网、大数据、人工智能等新兴技术的不断发展和融合应用,煤矿安全监测系统必将向更加智能化、自动化的方向发展,进一步提升监测的精确性、及时性和可靠性,为煤矿安全生产保驾护航。1.4本领域存在的问题现有的煤矿安全监测技术和系统还存在以下几个主要问题和不足：大多数系统只能检测部分参数，无法实现对环境和人员的全方位监测，覆盖面较窄。系统检测精度和实时性不高，响应滞后，难以及时发现危险情况。系统报警机制和信号覆盖范围存在缺陷，难以及时通知到井下作业人员。部分技术难以在恶劣的井下环境中稳定运行，系统可靠性有待提高。大多数系统成本偏高，制约了在全国范围内的大规模推广和应用。1.5本课题主要研究内容针对现有煤矿安全监测技术的种种不足，本课题以"实用、高效、经济"为设计理念，开发一种全新的基于单片机的煤矿井下作业安全监测控制系统。该系统将集成环境参数监测、人员健康状况监测和定位等多种功能模块。主要研究内容包括：系统总体方案设计，包括硬件结构、软件流程、通信方式等。设计温湿度、氧气浓度、可燃气体浓度等环境监测模块。设计血压、血氧、心率等人员健康监测模块。集成RFID定位技术，研发出人员精确定位模块。开发声光电子报警器，及时通知作业人员危险情况。设计上位机监控软件，集中显示各项监测数据。该系统将实现对井下作业环境和人员的全面实时监控，自动识别各种危险情况并发出报警，从而最大限度地避免事故发生，切实保障矿工的生命安全。该系统不仅集成了先进的传感器和单片机技术，而且具备精度高、成本低的特点，可望在全国范围内得到大规模推广应用，从而有力推动我国煤矿安全生产水平的全面提升。

第2章功能与设计方案2.1系统功能要求设计（1）环境参数监测功能实时检测并显示井下作业区域的温度、湿度、氧气浓度和可燃气体（如甲烷）浓度等关键参数，当任一参数超过设定阈值时立即发出声光报警。（2）人员健康状况监测功能实时监测矿工的生命体征数据，包括血压（收缩压和舒张压）、血氧饱和度、心率等，一旦发现异常情况立即报警。（3）人员位置定位功能借助RFID射频识别技术，精确获取井下每位矿工的实时位置坐标，为应急救援和撤离提供位置信息支持。（4）现场报警功能当监测到任何参数异常时，现场控制箱立即通过声光报警设备发出警报，提醒作业人员采取应急措施。（5）数据远程传输功能将现场监测数据通过无线通信模块实时传输至地面监控中心，并在上位机系统显示各项参数的实时数据。（6）人机交互设置功能通过操作现场控制箱上的按键，可以设置每项参数的报警阈值，以及其他系统参数，实现灵活可调。本系统能够全方位、实时、动态地监控煤矿作业环境和人员的健康状况，及时发现各种异常情况并报警，确保第一时间采取应急措施，最大限度地避免发生人员伤亡和财产损失事故，对于提高煤矿安全生产水平具有重要意义。2.2系统方案比较与选择系统方案选择：在系统整体控制方案选择上，可供选择的有两种常见方案：单片机控制方案和工业控制计算机（IPC）控制方案。工控机具备强大的数据处理能力、丰富的外设接口和模块化的硬件结构，非常适合于复杂监控系统的构建。但相应地，工控机体积笨重、功耗较高、成本昂贵，并且需要编写底层驱动程序才能调用硬件资源，工作量大且维护困难。相比之下，单片机具有体积小巧、功耗低、价格便宜的优点，其编程相对简单，资源调用方便，而且现在的高端单片机也具备一定的运算能力。综合考虑体积、功耗、成本、编程便利性等因素，本系统最终选择基于单片机的控制方案。单片机模块的选型：对于单片机的型号选择，常见的选择有传统的8位单片机（如51系列、AVR系列）和新兴的32位ARM单片机。8位单片机工作频率一般在几十MHz以下，运算能力、存储空间和外设接口有限，无法完全满足本系统的各项需求。因此，本系统选择采用运算能力更强、存储空间更大、IO口更丰富的32位STM32F103单片机。该单片机采用ARMCortex-M3内核，主频可高达72MHz，内置512KB的FLASH存储器和64KB的SRAM，并提供多达112个通用IO口和丰富的外设，如DMA、ADC、定时器、串口等，完全能够胜任复杂的控制任务。此外，STM32F103采用灵活的寄存器堆栈结构，支持丰富的指令集，能够快速响应中断，适合于实时监控任务。最重要的是，STM32是一款符合工业标准的ARM内核芯片，其生态圈成熟，拥有海量的开源资源和技术文档，有利于程序的开发和调试。温湿度检测模块的选型：方案一：DHT11数字温湿度传感器DHT11是一款低成本、精度中等的数字温湿度复合传感器。它的测量范围为0~50℃湿度20%~90%RH，分辨率为1℃和1%RH。DHT11体积小巧、功耗极低、信号质量好、抗干扰能力强、与单片机通信方便，是目前应用最广泛的温湿度传感器之一。方案二：AM2302数字温湿度传感器AM2302是DHT11的升级版本，测量精度更高，分别为±0.5℃和±2%RH。但其价格更高，体积更大，功耗更高。鉴于煤矿环境温湿度变化范围较大，为了获得较高的测量精度，本系统选择DHT11作为温湿度检测模块。DHT11的测量精度虽然稍低于AM2302，但已经能够满足监测需求，而且它的价格、体积和功耗优势明显。显示模块的选型：方案一：LCD1602液晶显示屏LCD1602是一款常见的基于HD44780控制器的小尺寸液晶显示屏，具有成本低、功耗低的优点。它采用简单的并行通信方式与单片机相连，驱动程序简单。方案二：OLED显示屏OLED（有机发光二极管）显示屏与LCD相比，具有自发光、响应速度快、对比度高、视角宽等优点，但功耗相对较高，价格昂贵。目前，控制OLED的常见方式有并行模式、SPI串行模式和I2C串行模式。由于煤矿井下环境光线昏暗，对显示屏的对比度、视角等有较高要求，因此本系统选择OLED作为显示模块。具体而言，我们选用128x64分辨率、I2C接口驱动的OLED显示屏，既能满足显示需求，又有利于节省IO口资源，降低功耗。2.2设计框图如下图所示，本系统由主控制单元、环境检测单元、人体健康检测单元、RFID定位单元、报警单元、按键设置单元和无线通信单元等多个模块组成。图2-1系统框图

第3章系统的硬件设计3.1STM32F103主控制模块作为本系统的核心控制单元，STM32F103单片机承担了绝大部分的运算、控制和通信任务。STM32F103属于32位ARMCortex-M3内核的高性能微控制器，最高主频可达72MHz，搭载了512KB的FLASH存储器和64KB的SRAM，支持丰富的外设资源，包括多路定时器、看门狗、多通道DMA、多路串口、SPI、I2C、CAN、USB等。STM32F103在本系统中对各个传感器模块的原始数据进行读取和解析；将解析后的数据与预设阈值进行对比，当检测到任一参数异常时，通过查询中断向量表并调用相应的中断服务子程序，点亮报警指示灯、鸣响蜂鸣器等；同时将报警信息和检测数据通过串口发送给无线通信模块，以实现远程数据上传；还需定期从按键模块读取用户输入，实现参数设置等人机交互功能；最后，将实时监测数据显示在OLED屏幕上，以供现场观察。STM32F103的硬件设计十分紧凑，只需最小系统的几个外部元器件即可正常运行。对于本系统，我们利用其丰富的IO口资源，对各个外围模块进行了合理的分配，使之能高效便捷地与主控制模块进行数据交互。图3-1STM32F103单片机3.2MQ-4甲烷检测模块煤矿瓦斯中的主要成分是甲烷，它是无色无味的可燃气体，当其浓度达到5%-16%时极易与空气混合引发爆炸。因此，对甲烷浓度的检测是确保煤矿安全生产的关键环节之一。MQ-4是一款专门用于检测甲烷的电化学气体传感器，具有灵敏度高、响应时间快、抗干扰能力强、使用寿命长等优点。当空气中存在甲烷时，甲烷分子会被传感器的测量电极吸附并发生电化学反应，导致测量电路的电流发生变化，该变化与甲烷浓度成正比。我们只需对该电流值进行采样和运算处理，即可得到甲烷的实际浓度值。为了获得稳定可靠的检测数据，MQ-4需要预热一段时间，并进行基线校正等处理。本系统将MQ-4气体传感器的模拟量输出端与STM32F103的ADC输入口相连，经过采样、放大、数字滤波后，即可以获得甲烷浓度的精确数值。同时，我们也设置了相应的报警阈值，一旦检测到浓度超标，立即启动报警程序，防止发生安全事故。图3-2MQ-4甲烷检测模块3.3DHT11温湿度检测模块DHT11是一款集成能量传感测量芯片的数字温湿度复合传感器，能够实时监测环境温度和湿度。在工作时湿度感测部件首先将湿度值转化为电阻值，温度感测部件则是将测量温度转化为电压值，两者经过A/D转换电路后得到相应的数字量，最后再由专用的数字模块计算实际的温湿度数字值。DHT11的优点是价格便宜、体积小、功耗低、可靠性高，还能对传感器进行冗余校验确保数据的可靠性。同时，该传感器采用数字串行接口与主控制芯片进行通信，无需进行A/D转换，能够有效提高系统的抗干扰性和数据准确性。本系统采用的是DHT11的单总线数字通信接口，它只需要连接到单片机的一个IO口即可，极大地节省了硬件资源。DHT11向单片机发送数据时，只需拉低总线20-40ms，然后释放总线，再等待20-40us后由传感器发出响应信号，主控制器从传感器端得到相应的温湿度数据。为了提高传输的可靠性，数据的发送和接收遵守特定的时序，同时包含了许多冗余校验位和数据校验。图3-3DHT11温湿度检测模块3.4A0-01氧气检测模块煤矿井下作业环境中，氧气浓度是最关键的环境参数之一。正常的空气中氧气浓度约为20.9%，当氧气浓度低于18%时，人体就会开始感到头晕、乏力；而当浓度降至16%以下时，将危及生命安全。因此，精确检测氧气浓度对于防范窒息事故至关重要。本系统采用的是A0-01型电化学氧气传感器。A0-01基于锂离子电池原理，通过扩散电极上的化学反应产生电流，其电流值与被测氧气的分压成正比。A0-01的主要特点是线性度好、响应时间快（10秒内即可检测到实际值的90%）、重复性佳、体积小巧。它还具备自动温度补偿功能，能够在一定温度范围内保证测量的精确度。A0-01将其模拟电流量输出与单片机的ADC接口相连，经过A/D转换和运算处理后，即可获得空气中氧气的实际浓度值。与此同时，单片机会将检测值与预设的阈值进行比较，如果发现低于安全线，立即触发报警程序，提醒现场人员采取应急措施。由于煤矿井下环境恶劣复杂，A0-01可能会由于各种原因（如积尘、腐蚀等）而导致漂移或失效。因此，我们需要定期对传感器进行校准和维护，确保其测量精度。图3-4A0-01氧气检测模块3.5MQR12体征检测模块系统的生理体征检测模块可实时监控矿工的血压、心率、血氧水平等关键生命体征，一旦发现异常情况立即报警，从而最大限度地避免意外情况的发生。该模块的核心是MQR12可穿戴式生理信号检测传感器，它集成了光电血氧、心电、血压传感等多种组件，能够高精度实时检测人体主要生理参数。MQR12将检测数据通过串口与单片机相连，传输数据格式为ASCI码，便于解析处理。单片机接收到生理数据后，先对其进行分析运算，计算出实际的生理参数数值，再与正常阈值区间做比对，一旦发现异常立即触发报警程序。MQR12精度高、测量全面、抗干扰能力强、佩戴便捷等。它采用蓝牙无线传输，能够最大限度地减少运动的干扰；高灵敏度光电传感器可精确检测微弱的生理信号；同时其电池续航时间长，可连续工作24小时以上。MQR12只是将检测数据传输给单片机进行进一步的分析和判断，单片机在接收解析数据时需要格外小心，避免出现数据丢失或者通信错误。我们将在软件设计时对此作进一步的完善和优化。图3-5MQR12体征检测模块3.6按键模块为了实现方便的人机交互，本系统设计了简单的按键控制模块。通过几个按键，用户可以设置各项环境参数和生理参数的报警阈值，还可以查询历史记录、设置通信参数等。按键输入模块由4个按键组成：增加、减少、确认和取消按键。单片机通过扫描按键对应的IO口电平，即可获知当前按下的按键，并执行相应的操作。为了防止按键抖动干扰，我们在软件上进行了硬件滤波设计。当用户需要修改某项参数阈值时，通过增加或减少按键选择目标参数，在OLED显示屏上可显示当前参数值，按下确认键后完成设置；如果不小心输入错误，则可以通过取消按键撤销上一步操作。综合起来，该按键模块设计简单实用，对单片机的资源消耗很低。图4-6按键模块3.7LORA通信模块本系统的LORA通信模块采用LLCC68芯片，LLCC68是基于LORA技术和超大功率功放的无线通信模块，在同等功耗下，其通信距离比传统方案延长了5倍以上，能够在煤矿复杂的管道环境下保持稳定覆盖。LLCC68的无线传输速率为0.024-37.5Kbps，支持多达8个信道，可全双工通信。它采用先进的GFSK调制技术，具有高效的数据传输特性。通过AT指令控制，可方便地设置各种参数，如工作频率、发射功率、空中速率等。在本系统中，LLCC68与单片机主控通过串口进行数据交互。单片机将采集到的各项监测数据打包成特定格式后，通过串口发送给LLCC68，LLCC68再将数据无线发送给地面的网关或数据终端。同时，通过反向通道，LLCC68也可将地面指令发送至单片机，实现远程设置等功能。为了节省电能，延长电池续航时间，LLCC68在不传输数据时会自动进入休眠状态，大幅降低功耗。在收发数据期间，单片机需要先发出唤醒指令，才能被LLCC68正常响应。图3-7LORA通信模块3.8蜂鸣器报警模块蜂鸣器是本系统的声音报警装置，当检测到任一环境参数或生理参数异常时，单片机都会立即驱动蜂鸣器发出尖锐的警示音，提醒现场人员注意，采取应急措施。蜂鸣器被设计成有源型，即内置了专用震荡电路，只需单片机提供一个控制电平即可工作。为了节省IO口资源，我们并未采用PWM方式控制蜂鸣器的音调，而是在软件中通过精确延时的方式产生持续的方波，从而驱动蜂鸣器发声。图3-8蜂鸣器报警模块

第4章系统的软件设计4.1最小系统设计开发环境本系统的软件部分由Keil5集成开发环境完成编写、调试和烧录。Keil5是一款功能强大、运行高效的ARM微控制器开发工具，支持所有基于ARM内核的芯片，为ARM开发提供了全面完整的解决方案。Keil5集成了项目管理、源代码编辑、编译连接、调试等多个工具，用户在单一的用户界面下即可完成ARM程序的全过程开发。它提供了行业领先的编译器和调试器，可实现高度优化的代码编译和稳定可靠的程序调试。同时，Keil5还包含了丰富的芯片支持包（CPUDeviceSupportPackage），涵盖了主流的ARMCortex-M内核器件，为用户提供了完备的设备数据和示例代码。在本项目中，我们基于STM32F103芯片的支持包，通过Keil5软件实现了全部代码的编写和调试工作。软件开发过程包括：新建项目、添加源文件、配置工程选项、编写程序代码、调试程序等多个步骤。最后，通过Keil5提供的仿真器和下载算法，我们将最终的目标代码成功地烧录至STM32单片机中。4.2主程序流程图介绍如图4-1所示，本系统的主程序流程分为初始化、主循环和中断三个部分，初始化部分完成系统资源的初始化工作，如查看中断向量表、设置时钟频率、初始化IO口、串口、ADC等外设模块。主循环部分首先读取按键状态，执行相应的参数设置操作。然后主循环进入检测状态，扫描各个传感器数据是否在正常范围内，如果检测到异常，则触发相应的中断服务程序。同时，主循环还需定期将实时检测数据显示在OLED显示屏上。中断部分包含多个中断服务子程序，分别对应于不同的传感器检测事件。当发生中断时，CPU会根据中断向量号调用相应的中断服务子程序，执行报警、数据发送等动作。值得注意的是，在进入中断程序时需要关闭总中断，并在退出时恢复，防止中断的嵌套。主程序通过轮询的方式对各传感器进行实时检测，一旦发生异常情况则立即通过中断响应处理，做到了高效、实时、安全的运行。图4-1主程序流程图4.3按键子程序流程图介绍本系统中，按键程序是实现人机交互、参数设置的关键模块。当用户按下"加"或"减"键时，会触发按键扫描中断，单片机根据中断向量号调用相应的按键扫描程序。为了防止按键抖动的干扰，程序中采取了软件滤波的措施。具体做法是通过延时去抖，即检测按键每按下一次，先延时一小段时间（10ms以上），然后查询按键状态是否保持，若保持则确认有效按键动作。同时，我们引入10ms的硬件扫描时间，防止单片机对按键扫描的时间过长影响其它任务的执行。图4-2按键子程序流程图4.4显示子程序流程图介绍OLED显示程序在本系统中负责将实时监测数据以文本和图标的方式显示在OLED屏幕上，供现场作业人员观察。该程序首先对OLED模块进行初始化，设置正确的驱动模式和通信速率。之后进入主循环，周期性地扫描各个传感器的检测数值，并将这些数据转化为相应的显示坐标和字符。OLED模块通过I2C总线接收显示指令，并自动刷新显示屏内容。图4-3显示子程序流程图4.5检测子程序流程图介绍检测子程序负责对环境参数和人体生理参数进行实时监测，并根据检测结果执行相应的报警或数据上传动作。该程序首先完成各个传感器的初始化工作，如ADC通道分配、I2C设备地址设置、串口波特率设置等。之后进入主循环，轮流扫描温湿度、氧气、可燃气体、血压、血氧和心率等传感器的原始检测值。对于模拟量输出的传感器，如MQ-4、A0-01等，需要通过单片机的ADC模块对原始电压值进行采样、放大、滤波等数字处理，计算得到最终的物理量数值。而对于数字量输出的传感器，如DHT11、MQR12等，则直接通过串口或单总线接口接收经过编码的数据，并进行解码运算。获得各参数的实际检测值后，程序会将其与预设的阈值上下限做比较，判断是否处于安全范围内。如果任一参数超出阈值，程序就会立即触发报警中断，启动声光报警程序。同时，还会将当前的检测数据及报警信息通过串口发送给无线模块，以实现远程数据上传。图4-5检测子程序流程图

第5章软件设计5.1实物焊接图本系统的焊接图如下所示：图5-1系统焊接图5.2系统功能测试为了全面评估本系统的实际性能，我们模拟了煤矿环境下对其进行了严格的功能测试，重点关注监测精度、报警及时性、数据传输可靠性等主要指标。具体测试项目和结果如下。5.2.1氧气检测功能测试通过改变环境中的氧气浓度，测试A0-01氧气传感器的检测范围、线性度和响应时间等指标。测试数据显示，A0-01在0-25%的宽检测范围内，线性度可达0.995以上，响应时间在10秒以内；与标准气体检测值的偏差不超过1%绝对误差。经过多轮测试，该氧气检测模块完全满足设计要求，可在煤矿环境中稳定工作。图5-2氧气检测功能5.2.2血氧心率检测功能测试在静止和运动状态下测试MQR12的血氧和心率检测功能，并与医用仪器对比，MQR12的平均测量偏差在3%以内，能够准确无误地测量出人体的这两种关键生理参数，检测性能令人满意。图5-3血氧心率功能5.2.3血压检测功能测试在不同的生理状态下分别测试MQR12血压检测模块的性能，测试数据显示，MQR12测量的收缩压和舒张压值与医用血压计的测量值基本一致，偏差控制在5mmHg以内，检测精度较高。图5-3血压功能5.2.4定位检测功能测试在测试时，布置了多个带有位置编码的RFID电子标签，通过RFID读写器测试系统的定位功能。结果表明，只要靠近电子标签范围内，读写器就能准确无误地识别出标签编码，系统可以精确地获知当前的位置坐标，为矿工的位置追踪和应急救援提供了可靠保障。图5-4定位功能5.2.5温湿度检测功能测试通过对环境中调节温湿度值，测试DHT11温湿度传感器的检测性能。结果显示，DHT11测量精度已经能够满足绝大多数工业场景的实际需求。图5-5温湿度检测功能

第6章结论通过上述的分析和测试，我们成功地设计了一套基于单片机的煤矿井下作业安全监测控制系统。该系统融合了先进的传感器技术、嵌入式控制技术、无线通信技术等，具备了以下主要优点：实现了对温湿度、氧气浓度、可燃气体浓度、血压、血氧、心率等关键参数的实时监控，覆盖面广。采用高精度数字式传感器，加之精心设计的检测算法，监测数据准确可靠；中断响应机制确保了极高的实时性。当任一参数异常时，系统均能自动启动声光电子报