基于CAN总线技术矿用电机监测系统设计

孙文静

【摘要】 为保证矿用电机的安全运行，满足智能化矿井的发展要求，本文在分析煤矿安全生产形势和CAN现场总线通讯技术基础上，设计了矿用电机监测系统。监测系统通过CAN通讯技术将高精度传感器采集矿用电机电压、电流和扭矩等信息反馈给上位机，上位机对电机参数进行分析处理，实现矿用电机的实时监测。

【关键词】 煤矿 电机 CAN 监测系统。

随着我国经济的快速增长，对能源的依赖程度越来越高，在国家能源工作会议上，制定到2015年国家煤炭消耗控制在40亿吨左右的目标。我国煤矿安全生产整体形势持续好转，安全生产事故和百万吨死亡数逐渐下降，但随着开采深度和强度的增加，开采工作环境变得越来越复杂，对煤矿电网和电气设备安全性提出了越来越高的要求。矿用电机是煤矿生产重要的设备，其性能好坏直接关系到井下安全生产工作能否顺利开展。

一、现场总线技术

1.1 CAN总线

现场总线技术是当今自动化领域研究的热点之一，为分布式控制系统各个节点之间实时、可靠通讯提供强有力的技术支持。CAN是控制局域网络（Control Area Network，CAN）的简称，是一种能够支持分布式控制或实时通讯的串行通讯总线。近年来CAN总线凭借其结构简单、高可靠性、灵活性强和良好的错误检测能力，被广泛运用到汽车系统通讯、电气设备检测和电网监测等技术领域。

1.2 eCAN模块

eC28x处理器的CAN控制器为CPU提供完整的CAN协议，减少了通信时CPU的开销。eCAN控制器的内部结构是32位的，主要由CAN协议内核（CPK）和消息控制器构成。CAN协议内核接受到有效的消息后，消息控制器的接收控制单元确定是否将接收到的消息存储邮箱存储器中。接收控制单元检查消息的状态、标识符和所有消息对象的滤波，确定相应邮箱的位置，接收到的消息经过接收滤波后存放到第一个邮箱。

二、监测系统硬件设计

矿用电机监测系统按照CAN总线的拓扑机构进行设计，监测系统结构如图1所示。系统设计时采用模块化思想，分别设计下位机数据采集模块、CAN总线通讯模块和上位机数据显示模块。CAN总线通讯模块由CAN物理总线、匹配电阻和CAN通讯接口组成，实现下位机数据采集模块和上位机数据线数模块之间的数据通讯。为了提高系统的抗干扰能力，在CAN两条物理总线之间串联匹配电阻，保证数据传输的安全性和稳定性。DSP内部的CAN模块是一个功能完全的CAN控制器，包括传送数据信息处理、接收管理和帧存储功能，支持标准帧和扩展帧两种格式。

在TMS320F2335内部集成了增强型eCAN通信模块，所以设计CAN通讯接口电路时特别简单，选用CTM8251T作为CAN控制器与物理总线的接口芯片。将DSP的CAN控制器的收发信号CANTX、CANRX经具有隔离功能的收发器CTM8251T连接到CAN物理总线。CTM8251T具有增大系统的通信距离、提高瞬间抗干扰能力、降低射频干扰等功能，是CAN通讯接口芯片的理想选择。

三、监测系统软件设计

硬件电路是监测系统的核心，软件程序是监测系统的灵魂。矿用电机监测系统的软件程序只要实现对硬件采集的数据进行运算、传输、显示和存储，主要包括下位机数据采集程序、CAN总线程序和上位机数据显示程序。数据采集系统软件主程序首先对DSP的寄存器和时钟进行初始化，然后设置事件管理器、数模转换模块，最后采集传感器的输出信号，并对数据进行处理，将数据通过CAN总线发送到上位机。

四、结论

通过对煤矿安全生产现状和CAN总线技术的分析，设计基于CAN总线的矿用电机监测系统，分别对系统的硬件电路和软件程序进行设计。基于CAN总线的矿用电机系统具有灵敏度高、实时性好和稳定性强等特点，为矿用电机的安全运行提供保证。

参考文献

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