一、項目概述

1.1 引言

煤炭、石油等化石能源是我國能源供應的主體，特別是煤炭在保障我國能源安全中，起著基礎性作用。在我國目前的能源結構中，煤炭仍占能源總量中的70%左右。 可見煤炭已成為支撐我國經濟發展的中堅力量，并且這一現狀在短時間內不會有太大變化。

在我國最新制定的煤炭科技十二五發展規劃中，提出了“綠色開采與生態礦山”的概念，這就要求提高煤礦生產的安全和采礦區周邊環境的保護。雖然國家和企業已經為了改善生產條件作了很大努力，但這依舊是一個沒有完全解決的問題。在我國煤炭生產中，不安全事故頻頻發生，對環境的破壞和因此導致的死亡事件也屢屢見諸報端。要解決這一現況，除了提高工人作業水平以外，必須要加大對礦井安全設備的投入。本此設計所選定的項目就是立足于實際，以促進煤炭安全生產和環境保護為目標。可以有效的減少礦井事故的發生，最大限度保證井下人員的安全和采礦區周邊環境的和諧。

結合我們對煤炭嚴峻形勢的認識和本次大賽的主題，我們將選題方向煤礦安全生產集中監控領域。本次設計對構建和諧社會和可持續性發展社會將具有十分重要的意義。

1.2 項目背景/選題動機

煤礦在我國的國民生產生活和經濟發展中起著舉足輕重的作用。現在中國發電量的大部分來自于煤電，煤炭經濟在我國GDP中占有很大比重，可以說煤一朝一夕都在影響著中國的每一個家庭的生活。可是我們不能忽視的是，在煤炭產業促進我國經濟發展和GDP增長的同時，在煤炭生產中所產生的安全問題和對環境的破壞問題讓我們不得不去關注。

2005年3月9日,山西呂梁交城礦難,28人死亡

2006年2月1日晚上7時許,山西省晉城煤業集團所屬寺河煤礦發生瓦斯爆炸事故,造成23名礦工死亡,另有53人一氧化碳中毒。

2007年03月06日湖南邵陽市邵東縣宏發煤礦在維修巷道時發生瓦斯爆炸,15人死亡。

2008年01月20日,山西臨汾市汾西縣煤礦發生炸藥爆炸,20人死亡。

2009年01月20日21時0分, 山西臨汾地區汾西縣永安鎮蔚家嶺村一非法私開煤礦窩點發生瓦斯爆炸,造成20人遇難。

……

當然這只是列舉了一部分實例，這些驚心的實例時刻都在提醒我們煤炭安全生產的重要性。造成這一現象除了人為因素外，安全檢測設備的落后和不到位也是一個重要的原因。中國的許多煤礦企業在生產中，伴生著嚴重的資源、環境、安全等問題，如果這一問題得不到解決將影響長遠發展，這與可持續性發展的理論是背道而馳的。據調查，全國的煤炭企業除46%的高突礦井外，大部分已進入深水平開采，滲水、瓦斯、坍塌等已成為越來越大的安全隱患。增加新的高性能檢測設備成為解決煤礦安全問題的關鍵，同時考慮到很多中小心型煤礦企業的在安全設施方面的投入能力，開發出一套經濟實惠，使用方便，安全高效的安全檢控設備成為當今中國大多數煤炭企業的迫切需求。

采煤工作面作為整個采煤作業現場的第一工作區，容易發生瓦斯爆炸、漏水和冒頂等事故，一旦發生礦難不但會直接影響到采煤工人的生命安全，更可能會對周邊環境造成嚴重的破壞。因此，采煤工作區作為事故地帶，是構成整個煤礦安全體系的最關鍵一環。如何保證采煤工作面的安全生產，一直是一個難以解決的嚴峻課題。

ATMEL公司的32位AVR嵌入式微處理器性能高、功耗低、價格適宜，特別是芯片內部集成了網絡接口，簡化了網絡數據傳送和遠程控制實現的難度，它強大的數據處理能力為數字信號的處理提供了有力的支持，除此之外它還具有其它優良的性能，成為完成本次設計的最佳選擇。本次設計擬采用基于AVR 32 AT32UC3A單片機控制器的EVK1100評估系統和開發系統為基礎開發平臺，結合套件本身所提供的資源，通過擴展其它板卡實現設計中要求的全部功能。鑒于AVR以上的優點，結合目前的煤礦采煤工作面的安全監控存在的不足，設計一款基于32位嵌入式AVR微處理器的采煤工作面安全集中監控系統，提供了一種新型嵌入式的方案，以達到進一步提高采煤工作面的安全性和可靠性。

考慮到作品的實用性，除實現對采煤工作面的監控以外，通過簡單的修改(設計本身支持這種裁剪和功能擴成)，本次設計成果也可以很容易的轉換到其它安全監控領域，如其它采礦工作的安全監控、家居安全的監控、工廠生產車間安全生產和倉庫防盜的監控、道路安全運營的監控等等。

山東科技大學原名山東煤礦學院，對煤炭的生產和研究都有很長的歷史，在幾十年的發展中積累了豐富的經驗，在煤炭研究領域建立了健全的體系。目前擁有國家級煤礦礦山災害實驗室，在煤炭安全上從科研到開發，我校都走在了全國煤炭領域的前列。

同時我們嵌入式實驗2003年成立，積累了很多的有關嵌入式系統設計的經驗，學校擁有眾多資深學者和教授，為中國煤炭事業和嵌入式的系統設計，發展培養了大量的人才。本次設計也得到有關老師的支持和鼓勵，同時通過向他們的請教，讓我們團隊成員對這一系統的設計有了更加深刻的認識。相信通過老師的指導和我們的努力我們一定能夠完成本次設計。