基于CAN总线和ARM9的煤矿井下通信的设计

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1、基于CAN总线和ARM9的煤矿井下通信的设计谢雪峰（1山西煤炭运销集团能源投资开发公司，山西太原,030006；2太原理工大学研究生院，山西太原,030024）摘要：煤矿井下工作环境非常恶劣，大多数煤矿井下都有6kV或10kV高压以及大功率设备存在，再就是变频及软启动设备的大量使用，使得煤矿井下通信T•扰非常人，因此对煤矿井下通信的可靠性、稳定性和传输效率等都提出了越来越高的要求。目前煤矿井下使用较多的是RS485总线、FSK调频通信方式等，这些通信方式虽然使川简单、容易实现，但是其可靠性、稳定性和丄作效率等方而都存在严重的不足。同时煤矿井下监控系统越来越集中，信息量越來越

2、人，因此普通单片机作为通信核心已经越来越不能满足现场要求。因此本文捉出了一种采用CAN总线和ARM9的通信方式用于煤矿井下通信，CAN总线由于其可靠性高、传输距离远、稳定性高、容错性好、多主从等特点，日前已经在汽车电器控制、工业现场控制总线等方血得到了广泛的应用，文本采用CAM总线和ARM9结构既满足了煤矿井卞通信现场抗T扰要求，同时也满足了煤矿井下信息高处理速度的耍求。关键词：CAN总线ARM9煤矿井下通信SJA1000S3C24101、引言CAN总线是博世公司开发的，最初应于汽车电气控制的通信总线，具冇性能稳定、可靠性高、通信距离远、容错性能好、多主从工作方式等优点，目

3、前已经越来越多地应用在了工业控制、智能建筑、社区安防、交通设置、医疗设备、环境监测和煤矿监控系统等场合。CAN总线在工控场合特别是恶劣坏境卜•的使用越来越多了，Ifi/.RCAN总线的相关协议和标准已经成为了国际标准，其硬件容错等优点为系统的可靠性和稳定性提供了保障。所以本文采用了CAN总线作为煤矿井下数据采集节点和分站Z间的通信方式，提高了通信平台的稳定性、可靠性和抗干扰能力，同时ARM9的使用也极人增加了系统的通信带宽和信息处理能力。2、通信节点硬件电路设计木文采用Philips公司的S3C241O作为通信控制器，采用SJA1OOO作为CAN总线控制器，采用82C250

4、作为总线的收发器,SJA1OOO和82C250的使用从侦件上保证了系统的电气性能和稳定性。通信电路主要由控制器S3C2410、总线控制器SJA1OOO、收发器82C250和光耦6N137组成。控制器S3C2410完成初始化、数据收发和存储及对通信节点的控制等川途，SJA1OOO用來实现数据接收和发送，6N137是实现高速通信隔离的光耦，丿IJ來完成通信电路和总线的电气隔离⑷，图1所示为井下通信模块的硬件电路原理图。YCC图1井下通信模块的硬件电路原理图系统驶件部分设计的时候主要是从通信的可靠性、稳定性和系统的处理速度来考虑的。其次还考虑系统的兼容性、可移植性等，具体设计如下

5、：1）控制器：本系统采用的是Philips公司生产的S3C2410ARM9微处理器，S3C2410A是一款基于ARM9的32位内核的RISC微处理器，最高可达266MHz的主频，它具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等特性，同时S3C2410具有丰富的内设。通过连接功能丰富的外围设备，S3C2410是一款非常适合嵌入式设备使用的控制器。2）总线控制器：SJA1000是一款常用而且工作稳定可靠的独立CAN总线控制器，与PCA82C200在硕件和软件都完全兼容，有一系列先进的功能，适合于多种应用，特别在系统优化、诊断和维护方而非常重要。SJA1000有两种工作模式BasicCA

6、N和PeliCAN模式，发送缓冲器能够存储一个完整的报文，当接收到报文时核心模块将串行位流转换成用于验收滤波器的并行数据，并能确定主控制器要接收那些报文，所有收到的报文由验收滤波器验收并存储在接收FIFO[2]o3）总线驱动器：PCA82C250是CAN总线的关键部件乙一，是总线控制器和物理连接Z问的桥梁，完全符合“TSOI1898”标准，最高速率可达1Mbps,具有抗瞬间干扰保护总线的能力，斜率控制可以有效降低射频干扰，查分接收器可以抗宽范围的共模干扰和电磁干扰，具有热保护、防短路、低电流待机等功能，为系统的稳定可靠工作提供了保障。4）高速光耦：6N137是一款用于单通道

7、的高速光耦合器，内部有一个850nm波长的AIGMsLED和一个集成检测器组成，其检测器则由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成，具冇温度、电流和电压补偿功能。6N137特别适合于数字开关、马达控制、总线隔离和AD转换等场合。由于SJA1OOO和S3C2410Z间的逻辑电平不是完全兼容的，所以在换件设计过程屮需要对S3C2410的读、写电平必须做逻辑变换，主耍包括地址、数据总线的复用，地址锁存信号、读写及片选信号的变换以及中断信号的变换等，地址总线复用采用74LVC245进行变换，