CAN总线在煤矿安全监控系统中的应用

李琳琳，王绪本，陈 熠，高 嵩，曹礼刚

（1.成都理工大学 地球探测与信息技术教育部重点实验室，成都 610059；2.成都理工大学 地学核技术四川省重点实验室，成都 610059）

0 引言

煤矿安全是我国安全生产工作的重中之重，其监控力度需要进一步加强。本文针对煤矿的实际特点和需要，对已有煤矿监控系统进行改进，将监控数据的传输由RS485方式改为CAN总线，从而提高了系统的抗干扰能力和实时传输能力，最终实现对人员的管理和对煤矿环境的监控。

1 硬件设计

工业监控环境恶劣，存在各种干扰源，CAN总线能够满足高抗干扰能力和实时通信能力的要求，其通信距离在3～5公里，符合煤矿安全监控系统的传输要求。系统的硬件结构框图如图1所示，将前端采集到的人员和环境信息通过串口传输给系统的控制器，并由CAN控制器和总线收发器传输到CAN网络，监控中心可以通过CAN总线接收各个节点发来的监控数据。

CAN节点的硬件结构包含微控制器、CAN控制器、CAN总线收发器三个部分，本设计采用集成了CAN协议控制器的单片机P87C591作为本系统的控制核心，它是从80C51微控制器家族派生出来的8位高性能微控制器，与51指令集兼容，并集成了Philips半导体公司SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能，具有16 KB片内ROM可以满足本系统的数据存储需求。

图1 系统硬件结构框图

总线控制器采用了TJA1040，它是Philips新一代高速CAN总线收发器，它提供了CAN协议控制器和物理总线之间的接口，以及对CAN总线的差动发送和接收功能，具有低功耗管理，支持远程唤醒，其稳定性和可靠性也比以往的芯片有很大提高。

为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，P87C591和TJA1040之间通过高速光耦6N137连接，实现了总线上各CAN 节点间的电气隔离，CAN节点的硬件电路图如图2所示。

图2 CAN节点硬件原理图

本系统中数据采集包括了矿井人员的RFID数据和矿井环境检测数据两大部分，在接口设计上综合考虑了已有矿井设备情况、传输数据量及生产应用中的成本，采用已经稳定和成熟的RS232串口方式，将前端读卡器和传感器模块接入到系统中，使用的芯片为MAX232。

2 软件设计

系统的软件设计主要包括了两大部分，一是对P87C591的使用，其初始化流程图如图3所示；二是CAN总线发送协议的实现，其流程图如图4所示。

值得一提的是，在上电或者硬件复位后，P87C591的CAN控制器将处于复位模式，必须对它进行初始化设置，其内容包括操作模式、验收滤波器波特率、正确配置CAN中断、总线定时等，尤其是波特率的设置，在调试中是要特别注意的，总线各个节点的波特率必须匹配，否则将导致传输失败。

3 结论

图3 P87C591初始化流程图

本设计应用于煤矿安全监控系统中，可以实时可靠地将监控现场的环境参数、人员ID数据等上传到主机中，同时改变以往CAN节点由独立的微控制器+总线控制器+总线驱动器的方法，采用了集成总线控制器的P87C591，结合其他外围电路来实现，提高了系统的集成度和可靠性，为以后在煤矿中推广打下良好的基础。

图4 中断接收流程图

[1] 朱志松,龚晓燕.基于CAN 总线的SCADA 系统电气设计[J].制造业自动化,2007,12.

[2] 崔清玲.P87C591在机舱监测报警系统中的应用[J].舰船电子工程,2008,5.

[3] 刘双全.基于飞利浦P8XC591的CAN总线节点扩展[J].电子设计应用,2003,3.