基于can總線的煤礦多主通訊分站的研究與設計

陳冠軍+宋超+馬繼輝

【摘要】 煤礦安全監測監控是保證礦井安全生產的重要手段，是煤礦現代化管理的重要技術措施，因此監測監控系統的優劣直接關系到煤礦的安全生產能否進行。本文設計的是煤礦安全監測監控系統中的井下監控分站部分，主要介紹了基于can總線的煤礦多主通訊分站的設計思路，研究了安全監控分站的硬件和軟件結構，詳細分析了CAN 總線通訊技術。在現有煤礦安全監控分站的基礎上，設計以微控制器C8051F040為核心，采用數字式傳感器采集信息 ，用can總線來傳遞信息的新型煤礦多主通訊分站。

【關鍵詞】 煤礦監控分站 can總線 多主通信分站 數字式傳感器

引言：

我國作為煤炭資源儲存和消耗的大國，擁有著大量的井下開采煤礦，開采難度和危險性較大，對于瓦斯濃度、通風量、排水狀況都有一定的要求，因此建立煤礦檢測監控系統對于煤礦的安全生產具有著重要的意義。為此本文提出一種多主并發式的監控分站的研究。

監控分站通過CAN 總線與中心站計算機進行數據通訊，克服了傳統煤礦監測監控系統總線實時性不能滿足煤礦現場的需求的缺陷，實現了具有多主并發、對等通信功能的監控分站。

一、分站的整體方案設計

根據檢測監控系統的要求[1]，該分站應具有如下功能：

①檢測各類環境參數， 如CH4濃度、CO濃度、通風量、溫度和水位等；

②檢測各類設備運行狀態，如通風機運行狀況、輸送機狀態；

③顯示傳感器數據、控制信號、通信信號和供電信號；

④與上位機進行通信，接收上位機控制。

二、監控系統模塊設計

2.1 MCU的選型

本系統分站的MCU應支持多通道輸入，可以實現CAN總線控制，同時具有較高的運算速率進行數據分析處理。在此，選擇C8051F040單片機作為分站的核心處理器。

該單片機具有高速8051系列單片機內核，20個向量中斷源，大幅度提高了執行指令的效率，處理速度高，集成度高；具有單獨的CAN 總線控制器和CAN緩沖區，解決了串并轉換、誤差校正、競爭沖突等問題，為CAN總線通訊奠定了基礎。

2.2通信與數據采集模塊設計

分站主要采用CAN 總線分別與上位機和數字傳感器進行通信[2]，CAN控制器選擇C8051F040單片機內置一個CAN總線控制器，再外擴一個CAN控制器，將其與兩個can總線收發器相連，同時將C8051F040單片機的兩個通用數字I/O口通過一個電阻R分別與兩個CAN信號收發器的Rs引腳相連。

2.3控制與顯示模塊設計

控制模塊采用CAN接口直接驅動繼電器進而控制受控設備開關從而實現控制功能。報警裝置選用蜂鳴器和發光二極管，蜂鳴器通過晶體管驅動，發光二極管直接接在輸出端由輸出電流激發，并串聯限流電阻來保護二極管。

2.4電源模塊設計

首先系統電源有井下本安直流21V電源提供，需要利用電源轉換電路將21V電壓轉化為5V和3.3V兩種，供給系統的通訊、信號采集顯示及主控芯片使用。

三、實驗結果與分析

為驗證本文設計的監控分站的實時性、可靠性、傳輸速率等指標是否滿足井下煤礦系統的需求，對分站進行了實驗室測試，采用多主并發式的煤礦監控系統分站具有分站之間具備互聯通信功能且分站之間通信響應時間小于2s、以及獲取數字傳感器工作狀態與故障信息等基本功能。

四、結論

本文給出了基于can總線的煤礦多主通訊分站的設計思路，研究并設計了以微控制器C8051F040為核心，采用數字式傳感器采集信息，用can總線來傳遞信息的新型煤礦多主通訊分站。

克服了傳統煤礦監測監控系統分站采用輪詢式的數據采集方式，數據采集周期長，實時性差的缺陷，實現了具有新型多主并發、對等通信功能，具有實時性強、可靠性高、結構簡單、互操作性好、價格低廉等特點的新型煤礦系統監測監控分站。

參 考 文 獻

[1]胡波，朱宗玖，田紅光.基于CAN總線的煤礦安全監控系統[J]煤礦機械，2012，33（2）：230-232.

[2]汝彥冬，楊昆松，王國軍.基ARM的煤礦井下監控分站的設[J]煤礦機械，2009，30（4）：187-189.