CAN總線在煤礦安全監控系統中的應用

李琳琳，王緒本，陳 熠，高 嵩，曹禮剛

（1.成都理工大學 地球探測與信息技術教育部重點實驗室，成都 610059；2.成都理工大學 地學核技術四川省重點實驗室，成都 610059）

0 引言

煤礦安全是我國安全生產工作的重中之重，其監控力度需要進一步加強。本文針對煤礦的實際特點和需要，對已有煤礦監控系統進行改進，將監控數據的傳輸由RS485方式改為CAN總線，從而提高了系統的抗干擾能力和實時傳輸能力，最終實現對人員的管理和對煤礦環境的監控。

1 硬件設計

工業監控環境惡劣，存在各種干擾源，CAN總線能夠滿足高抗干擾能力和實時通信能力的要求，其通信距離在3～5公里，符合煤礦安全監控系統的傳輸要求。系統的硬件結構框圖如圖1所示，將前端采集到的人員和環境信息通過串口傳輸給系統的控制器，并由CAN控制器和總線收發器傳輸到CAN網絡，監控中心可以通過CAN總線接收各個節點發來的監控數據。

CAN節點的硬件結構包含微控制器、CAN控制器、CAN總線收發器三個部分，本設計采用集成了CAN協議控制器的單片機P87C591作為本系統的控制核心，它是從80C51微控制器家族派生出來的8位高性能微控制器，與51指令集兼容，并集成了Philips半導體公司SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能，具有16 KB片內ROM可以滿足本系統的數據存儲需求。

圖1 系統硬件結構框圖

總線控制器采用了TJA1040，它是Philips新一代高速CAN總線收發器，它提供了CAN協議控制器和物理總線之間的接口，以及對CAN總線的差動發送和接收功能，具有低功耗管理，支持遠程喚醒，其穩定性和可靠性也比以往的芯片有很大提高。

為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，P87C591和TJA1040之間通過高速光耦6N137連接，實現了總線上各CAN 節點間的電氣隔離，CAN節點的硬件電路圖如圖2所示。

圖2 CAN節點硬件原理圖

本系統中數據采集包括了礦井人員的RFID數據和礦井環境檢測數據兩大部分，在接口設計上綜合考慮了已有礦井設備情況、傳輸數據量及生產應用中的成本，采用已經穩定和成熟的RS232串口方式，將前端讀卡器和傳感器模塊接入到系統中，使用的芯片為MAX232。

2 軟件設計

系統的軟件設計主要包括了兩大部分，一是對P87C591的使用，其初始化流程圖如圖3所示；二是CAN總線發送協議的實現，其流程圖如圖4所示。

值得一提的是，在上電或者硬件復位后，P87C591的CAN控制器將處于復位模式，必須對它進行初始化設置，其內容包括操作模式、驗收濾波器波特率、正確配置CAN中斷、總線定時等，尤其是波特率的設置，在調試中是要特別注意的，總線各個節點的波特率必須匹配，否則將導致傳輸失敗。

3 結論

圖3 P87C591初始化流程圖

本設計應用于煤礦安全監控系統中，可以實時可靠地將監控現場的環境參數、人員ID數據等上傳到主機中，同時改變以往CAN節點由獨立的微控制器+總線控制器+總線驅動器的方法，采用了集成總線控制器的P87C591，結合其他外圍電路來實現，提高了系統的集成度和可靠性，為以后在煤礦中推廣打下良好的基礎。

圖4 中斷接收流程圖

[1] 朱志松,龔曉燕.基于CAN 總線的SCADA 系統電氣設計[J].制造業自動化,2007,12.

[2] 崔清玲.P87C591在機艙監測報警系統中的應用[J].艦船電子工程,2008,5.

[3] 劉雙全.基于飛利浦P8XC591的CAN總線節點擴展[J].電子設計應用,2003,3.