基于can总线的煤矿多主通讯分站的研究与设计

陈冠军+宋超+马继辉

【摘要】 煤矿安全监测监控是保证矿井安全生产的重要手段，是煤矿现代化管理的重要技术措施，因此监测监控系统的优劣直接关系到煤矿的安全生产能否进行。本文设计的是煤矿安全监测监控系统中的井下监控分站部分，主要介绍了基于can总线的煤矿多主通讯分站的设计思路，研究了安全监控分站的硬件和软件结构，详细分析了CAN 总线通讯技术。在现有煤矿安全监控分站的基础上，设计以微控制器C8051F040为核心，采用数字式传感器采集信息 ，用can总线来传递信息的新型煤矿多主通讯分站。

【关键词】 煤矿监控分站 can总线 多主通信分站 数字式传感器

引言：

我国作为煤炭资源储存和消耗的大国，拥有着大量的井下开采煤矿，开采难度和危险性较大，对于瓦斯浓度、通风量、排水状况都有一定的要求，因此建立煤矿检测监控系统对于煤矿的安全生产具有着重要的意义。为此本文提出一种多主并发式的监控分站的研究。

监控分站通过CAN 总线与中心站计算机进行数据通讯，克服了传统煤矿监测监控系统总线实时性不能满足煤矿现场的需求的缺陷，实现了具有多主并发、对等通信功能的监控分站。

一、分站的整体方案设计

根据检测监控系统的要求[1]，该分站应具有如下功能：

①检测各类环境参数， 如CH4浓度、CO浓度、通风量、温度和水位等；

②检测各类设备运行状态，如通风机运行状况、输送机状态；

③显示传感器数据、控制信号、通信信号和供电信号；

④與上位机进行通信，接收上位机控制。

二、监控系统模块设计

2.1 MCU的选型

本系统分站的MCU应支持多通道输入，可以实现CAN总线控制，同时具有较高的运算速率进行数据分析处理。在此，选择C8051F040单片机作为分站的核心处理器。

该单片机具有高速8051系列单片机内核，20个向量中断源，大幅度提高了执行指令的效率，处理速度高，集成度高；具有单独的CAN 总线控制器和CAN缓冲区，解决了串并转换、误差校正、竞争冲突等问题，为CAN总线通讯奠定了基础。

2.2通信与数据采集模块设计

分站主要采用CAN 总线分别与上位机和数字传感器进行通信[2]，CAN控制器选择C8051F040单片机内置一个CAN总线控制器，再外扩一个CAN控制器，将其与两个can总线收发器相连，同时将C8051F040单片机的两个通用数字I/O口通过一个电阻R分别与两个CAN信号收发器的Rs引脚相连。

2.3控制与显示模块设计

控制模块采用CAN接口直接驱动继电器进而控制受控设备开关从而实现控制功能。报警装置选用蜂鸣器和发光二极管，蜂鸣器通过晶体管驱动，发光二极管直接接在输出端由输出电流激发，并串联限流电阻来保护二极管。

2.4电源模块设计

首先系统电源有井下本安直流21V电源提供，需要利用电源转换电路将21V电压转化为5V和3.3V两种，供给系统的通讯、信号采集显示及主控芯片使用。

三、实验结果与分析

为验证本文设计的监控分站的实时性、可靠性、传输速率等指标是否满足井下煤矿系统的需求，对分站进行了实验室测试，采用多主并发式的煤矿监控系统分站具有分站之间具备互联通信功能且分站之间通信响应时间小于2s、以及获取数字传感器工作状态与故障信息等基本功能。

四、结论

本文给出了基于can总线的煤矿多主通讯分站的设计思路，研究并设计了以微控制器C8051F040为核心，采用数字式传感器采集信息，用can总线来传递信息的新型煤矿多主通讯分站。

克服了传统煤矿监测监控系统分站采用轮询式的数据采集方式，数据采集周期长，实时性差的缺陷，实现了具有新型多主并发、对等通信功能，具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好、价格低廉等特点的新型煤矿系统监测监控分站。

参 考 文 献

[1]胡波，朱宗玖，田红光.基于CAN总线的煤矿安全监控系统[J]煤矿机械，2012，33（2）：230-232.

[2]汝彦冬，杨昆松，王国军.基ARM的煤矿井下监控分站的设[J]煤矿机械，2009，30（4）：187-189.