基于嵌入式系统的煤矿井下协议转换器的设计与实现

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1、第4期2008年8月工矿自动化IndustryandMineAutomationNo．4Aug．2008文章编号：1671—251X(2008)04—0079一03基于嵌入式系统的煤矿井下协议转换器的设计与实现边冰，昊宝江，钱莉(河北理工大学计算机与自动控制学院，河北唐山063009)摘要：为了将煤矿井下遵循不同协议的安全监控设备接入同一个网络，文章介绍了一种基于嵌入式系统的协议转换器的设计，阐述了该转换器的硬件设计和软件实现。实际运行表明，通过加入嵌入式协议转换器，简化了煤矿安全监控系统的硬件复杂度，提高了系统的集成度和可扩展能力，为系统的维护和升级

2、带来了方便。关键词：煤矿；安全监控；协议转换器；嵌入式系统；S3C4510B中图分类号：TD672文献标识码：BO引言煤矿安全监控系统的监控设备原则上要求采用统一规范的数据通信协议，但是，由于煤矿安全监控系统升级改造或维护等原因，在许多情况下系统中存在着大量遵循不同协议的设备，例如遵循RS232、RS485、UDP、TCP／IP等协议的设备共同存在于一个系统中，而且随着系统的维护、升级和改造，将有更多的设备加入系统中。当多种协议设备并存时，系统要识别不同的协议信息，通过控制和处理不同格式的信息实现系统的及时响应、正常工作，这样就加大了系统软件和硬件上的

3、复杂度，减缓了系统的响应速度。近几年，随着工业以太网技术的日趋成熟，可以把以太网技术引入监控系统中。通过以太网，可以用1条单一网线或光缆取代众多的连接线，煤矿安全监控系统中的独立设备和独立小系统都可通过这条网线联网。用户可以在终端计算机上通过以太网快速简单地控制整个系统，还可通过以太网访问计量数据、诊断值，配置参数和查看故障信息等。以太网获取遵循不同协议的信息时，必须把其它格式的信息转换成以太网能识别的协议格式提供给终端计算机，同时，系统还需要把以太网信息转换成各种设备所能识别的信息格式。为简化系统连收稿日期：2008一04一01作者简介：边冰(196

4、5一)，勇，天津人，副教授。主要研究方向为电气及自动化控制，嵌入式系统。接，实现系统中各部分的独立性，可以通过设计协议转换器完成该项工作，即利用协议转换器将系统中不同设备或是小系统获取的信息快速转换为所要求的信号形式，即遵循相应的协议、格式，通过工业以太网传送给远程计算机，同时，远程计算机的控制信息也可以转换成相应格式的信息传送给设备。市场上现有的协议转换模块很少，而且大部分是基于单片机系统，处理能力有限，且速度慢。笔者在唐山市开平区卫国煤矿安全监控系统的改造项目中，针对包含瓦斯、通风监测、瓦斯抽放、自然发火等全部数据内容的监控设备，通过基于嵌入式处理

5、器S3C4510B的协议转换模块将现场的4路RS485信号、3路RS232信号、1路IIC信号、15路I／o信号转换成以太网信号，通过2条网线(1条为备用网线)传送给井上计算机网络，同时，将计算机传来的以太网信息转换成现场设备所需的信号，以控制现场设备。这样就在终端计算机和现场设备之间建立起了直接的、透明的、简单的联系。l硬件系统的设计考虑到转换速度、信息流量、设计难度等因素，笔者采用了嵌入式系统实现协议转换器。主处理器选用三星公司的S3C4510B。S3C4510B是一款优秀的网络控制器，内含1个由ARM公司设计的16／32位ARM7TDMIRISC

6、处理器核，主频可达50MHz；内嵌1个以太网控制器，可在半双工或全双工模式下提供lOM／iooMbps的以太网接入。基于嵌入式系统的煤矿井下协议转换器结构框·80·工矿自动化2008年8月图如图1所示。电源电路卜复位电路卜—叫以太网接口电路}．l晶体蓊；荡器电路卜叫uART接口电路卜S3C45lOB叫uART接口电路卜l丌AG接口电路卜．I16MBFLAsH卜．叫外部IIc接口电路I·一外部I／o接口电路

7、l‘MRRnRAMl．_·图1基于嵌入式系统的煤矿井下协议转换器的结构框图图1中，电源电路、晶体振荡器电路、复位电路和JTAG接口电路组成了S3C4

8、510B的基本系统，可保证微处理器可靠地工作。在电源电路中，S3C4510B及部分外围器件需3．3V电源，另外一部分器件需要5V电源。为简化电源电路的设计，整个转换器的输入电压为5V直流稳压电源。选用LinearTechnology公司生产的LTl085CT一3．3型DC—DC变换器，可得到3．3V输出电压。根据S3C45loB的最高工作频率及PLL电路的工作方式，选择10MHz的有源晶体振荡器，其频率经过S3C4510B内部PI。L电路倍频后，可达到50MHz。选用IMP公司生产的IMP708TCSA型复位电路，它具有1个手动复位输入引脚和2个复位输

9、出引脚(高电平有效引脚和低电平有效引脚各1个)，能实现电路的有效复位。采用14针的JTAG接口