基于CAN总线的煤矿安全监控系统的研究

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1、煤矿现代化2012年第1期总第106期基于CAN总线的煤矿安全监控系统的研究陈伟(国投新集能源股份有限公司板集煤矿，安徽淮南236744)摘要针对目前煤矿安全监控系统普遍采用RS一485总线通讯存在的缺点，设计了基于CAN总线的煤矿安全监控系统。文章分析了煤矿安全监控系统的特点及要求，介绍了CAN现场总线控制网络的特点，提出了利用CAN总线组建智能煤矿安全监控系统的整体解决方案。该设计提高了系统的抗干扰能力和实时性，具有广泛的应用前景。关键词CAN总线；煤矿安全；监控系统中图分类号：TP29文献标志码：B文章编号：1009—0797

2、(2012)01—0051—03传统的煤矿安全监控系统数据传输多采用2CAN总线技术RS232、RS485等传输方式。受通信协议以及通信方式的限制，RS一485总线存在传输距离短、容纳的节点2．1CAN总线协议数少、通信速率慢、不能多主传输等缺点。煤矿井下CAN(ControllerAreaNetwork)是一种串行通讯环境恶劣，现场复杂，而目设备分布分散，而CAN总协议，它能有效的支持分布式实时控制，并保证极线具有通信速率快，传输距离长，容纳节点数多，多主高的安全性能。CAN总线最早由BOCSH公司提出，传输等优点，更加适合于煤矿

3、安全监控系统的应用旨在减少汽车制造工业中信号传输所用到的信号『1lo线条数。CAN总线目前广泛的应用于控制领域。在本文针对煤矿的实际特点和需要，将CAN总线汽车工业中，引擎控制单元、传感器单元、车灯控技术融人现有煤矿监控系统，从而提高了系统的抗制、车窗控制等等都是由CAN总线连接起来实现有干扰能力和实时传输能力，最终实现对人员的管理效的控制。又比如在电梯控制系统中，各个楼层的和对煤矿环境的监控。显示，按键控制，梯箱中的按键，显示控制，以及主电机的控制，也可以由CAN总线实现实时控制。1煤矿安全监控系统CAN总线目前有两个协议版本，分

4、别为CAN2．监控系统由地面控制主机、控制软件、显示打0A和CAN2．0B，两者之间的主要差别在于前者只提印、通讯系统及软件、通讯线缆、分站、传感器等组成。供了11位地址，而后者可以提供29位地址。CAN井上部分由计算机、通信接口、打印机及网络系统组总线协议主要描述设备之间的信息传递方式，从结成地面中心站。中心站可集中地监测并控制井下各构上可以分为3个层次，分别对应OSI网络模型的种环境参数及设备运行情况。具有实时监控、即时报最低两层数据链路和物理层[3]。CAN总线协议层次警、数据查询、数据报表、地面控制等功能。整个系统结构由高到

5、低如表1所示。能监测井上、下的各类环境参数，能适时监控矿井风表1CAN总线协议层次结构筒、总回风巷、掘进面、井底车场、底板大巷、配风巷、运输大巷、井下水泵房、轨道巷、煤仓煤位等处的环境参数，以及矿井巷道和各种工作面的设备运行情况，并能实现风电瓦斯闭锁及断电仪的所有功能；风电瓦斯闭锁及断电仪可以脱离系统独立运行。2．2CAN总线接口设计如图CAN控制器芯片SJA1000外接24MH晶振，其CLKOUT引脚输出工作频率接人单片机的XTAL2引脚。SJA1000的ADO—AD7连接到单片机P1口，cs片选端与单片机的P2．7引脚直接相连，

6、因此系统中SJA1000的寻址空间从地址0开始。可以使用此地址加上SJA1000内部寄存器地址的偏图1煤矿安全监控系统框图移量来访问SJA1000内部RAM空间。SJA1000的·51·煤矿现代化2012年第1期总第106期／RD、／WR、ALE分别与C8051F020的对应引脚相发送子程序负连，INT接单片机的INTO，C8051F020也可通过中断责节点报文的发方式访问SJA1000。送。发送时只需将CAN总线的物理接151部分使用同样由Philips发送的数据按特定公司生产的P82C250接口芯片，该芯片的RS引脚格式组合成一

7、帧报连接的斜率电阻应根据通信频率在16kO～140kQ文，送入SJA1000之间调节。为了有效增加通信的距离和系统的抗干发送缓冲区中，然扰能力，系统中使用光电隔离芯片6N137将控制部后启动SJA1000发分和接口部分隔离，这样就很好地实现了总线上各送即可。需注意的CAN节点间的电气隔离。不过，应该特别指出的是，是在把报文送往光耦部分电路所采用的两个电源VCC和+5V必须SJA1000之前，必完全隔离，否则采用光耦也就失去了意义了。电源须先做一些判断的完全隔离这里采用的是电源隔离模块B0505S，(如判别帧类型、是该器件为定电压输入

8、隔离非稳压单输出型模块电否正在接收等)。发源，其输入电压5V，输出电压也是5V，输出功率为送分为发送数据帧1W．该电路特别适用于小电流隔离。和发送远程帧。82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定图3报文发送流程图的安全和抗干扰措