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1、2006年8月中国矿山工程Aug.,2006第35卷第4期ChinaMineEngineeringVol.35No.4基于工业以太网的煤矿井下数据采集分站的设计DesignofCoalMineDataAcquisitionSub-stationBasedonIndustrialEthernet陈锦强,李琨,樊杨鎏(昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650051)关键词:工业以太网;数据采集;S3C4510B;uClinux摘要:针对当前煤矿井下数据采集设备存在通信速率低、信息标准不统一等问题,提出了基于工业以太网的嵌入式煤矿井下数据采集分站的设计,采用32位
2、的网络微控制器S3C4510B,移植源代码开放的uClinux嵌入式操作系统,满足了系统稳定性及实时性的要求;并利用TCP/IP协议进行网络通信,提供了良好的兼容性。Keywords:IndustrialEthernet;dataacquisition;S3C4510B;uClinuxAbstract:Witharangeofproblemssuchasnon-uniforminformationstandards,low-rateofdataacquisitionequipmentaboutthecoalminescurrently,thispaperpropos
3、esthedesigningandachievingoftheembeddedcoalminedataacquisitionsub-stationbasedonIndustrialEthernet.ItusesS3C4510Bnetworkmicro-controllerwith32-bit,transplantstheuClinuxembeddedoperatingsystemwithopensourcecode,whichcanmeettherequirementsofthestabilityandreality.ItusesTCP/IPnetworktocom
4、municate,whichcanprovideagoodcompatibility.1引言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。目前我国开发出了多种煤矿监测监控系统,实现了对矿井安全、生产方面多种参数的连续监测和数据处理,有效地预防了井下瓦斯等事故的发生。但也存在一系列的问题,其主要表现在:网络结构与通信方式不规范,产商各自为政;缺乏统一的通信及信息交换标准,网络之间没有互联,不能做到信息共享、统一管理,各系统间很难做到无缝连接;传输速率低,一般都在4800b/s以下。文章编号:针对以上问题,本文提出了一种基于工业以太网的煤
5、矿1672-609X(2006)04-0022-03井下数据采集分站的设计,它采用高速的32位网络微控制中图分类号:TD822;TP368.2器,移植多任务嵌入式操作系统,满足井下数据传输稳定性文献标识码:A及实时性的要求;并利用TCP/IP协议进行网络通信,为系统提供良好的兼容性,利于消除不同监测监控平台间的协议壁收稿日期:2006-05-22垒。修订日期:2006-06-16作者简介:陈锦强(1981-),男,福2系统结构设计及外围硬件选型建省长乐市人,昆明理工大学控2.1系统结构制理论与控制工程在读硕士研究煤矿井下数据采集分站(简称分站)逻辑上位于井下各生。类
6、传感器设备和地面监控主站之间,它负责采集和处理井下环境信息,并通过工业以太网实时与地面主站通信。系统结构见图1。第4期陈锦强等:基于工业以太网的煤矿井下数据采集分站的设计·23·换。A/D转换器采用MAX197,具有8路输入通道、16位测量精度、转换时间短等优点。硬件连接设计中,A/D转换器和数字开关量映射在CPU地址空间外部I/O组1,使用外部组选择信号和地址线通过逻辑器件确定地址。A/D转换器属慢速器件,为提高系统效率,使用MAX197的INT管脚与S3C4510B的中断2连接,通知CPU数据转换完成,便以取走数据。以太网接口:S3C4510B内嵌一个以太网控制
7、器,支持媒体独立接口MII和带缓冲DMA接口,可在半双工或全双工模式下提供l0M/l00Mbps的以太网接入。因此,S3C4510B内部实际上已包含了以数据采集模块负责采集井下模拟信号和开关太网MAC控制,但并未提供物理层接口,故需外接量信号。模拟信号主要包括井下各类传感器信息一片物理层芯片,以提供以太网的接入通道。(如瓦斯浓度、一氧化碳浓度、风速、温度、湿度、粉系统选用带有即插即用功能的全双工以太网尘、压力等);开关量信号主要包括现场设备控制信控制器RTL8019AS,全双工10Mb/s收发速率,内置息(如风机启、停状态等)。所有采集到的模拟信号16kb的SR
