基于无线CAN总线技术的潜孔钻控制系统设计.pdf

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1、矿业工程第l2卷第4期42MiningEngineering2014年8月基于无线CAN总线技术的潜孔钻控制系统设计史佳林王军王士鑫(西华大学电气信息学院，四川成都610039)摘要：基于无线传输技术设计了一种对潜孔钻CAN总线数据无线传输的控制系统，并介绍了控制系统的结构、流程、原理和特点，实现了通过无线CAN总线技术对SIMBAH1254潜孑L钻的无线控制。关键词：CAN总线；无线技术；潜孑L钻；控制系统中图分类号：TU67文献标识码：A文章编号：1671—8550(2014)O4—0042—

2、02整个系统的关键在于实现CAN总线通信及无线通信网络0引言的通信。潜孔钻是在工程的爆破前，用来在岩石上进行钻孑L，匡而后再在穿好的孔中放填炸药，进行爆破工程，来获取矿图1潜孔钻初始控制系统山原料的机械设备。根据使用地点的不同，潜孔钻机可分为井下和露天两大类。潜孔钻的机车与操作室是分离的，中间用电缆连接。机车在工作过程中常移动，传输电缆会在地面拖动，不仅导致移动不方便，还容易出现磨损，同时落石可能成为操作人员的安全隐患]。通过无线技术的控制系统可使现场设备无需电缆即可与控制网络相连。这样不仅减少了

3、系统的维护费用，同时延长了设备的使用寿命。控制系统设计成无线不但方便、灵活，且增加了现场设备的可移动性和灵活性，同时也提高设备操作的安全性、图2控制台部分控制结构灵活性，又改善了工作人员的工作环境。1系统总体设计和原理潜孑L钻的初始控制系统如图1。设计后的控制系统通过CAN总线技术和无线技术实现对SIMBAH1254钻孔机的无线控制。通过软件和硬件的设计来完成潜孔钻运行控制中的数字量、模拟量及CAN总线上数据的无线传输。图3机车部分控制结构根据设计要求，系统控制结构可分成控制台和机车两部分，如图2

4、、3。2硬件选型控制系统的工作原理是控制台部分通过信号采集模块将采集到的信号(数字信号直接采集，模拟信号经模数转——主控单元模块。该控制系统由单片机最小系统、换)送入单片机系统，经过分析和处理将数据送至无线数CAN总线通信模块、无线数传模块等组成。CAN总线的传模块发送器，通过无线数据传输，将信号发送至机车部通信接口用双绞线来实现数据传送，使其与显示屏之间连分的无线模块的接收端，经单片机系统处理后，将控制的通，结构图如图4。主控单元负责与无线数传模块进行数原始信号传至需要控制的器件使其动作，完成对

5、钻孔机的据传输，同时也作为CAN总线的一个节点，在整个系统无线控制。对于系统中的CAN总线信号，运用总线控制中起着主导作用。无线数传模块采用NORDIC无线收发芯器、驱动器以及无线传输模块来完成总线信号的无线传输。片nRF24L01通信芯片_2]。CAN总线通信模块采用Microchip的CAN总线控制器MCP2515和Philips的CAN总线收发器PCA82C250。通过单片机STC89C52进行控收稿日期：2014—04—18作者简介：史佳林(1987一)，男(汉族)，四川广元人，西华大学制

6、，实现系统的无线数据传输。电气信息学院研究生。2014年第4期史佳林等基于无线CAN总线技术的潜孔钻控制系统设计43心的数据，传输到显示屏中显示。指令信号可以通过显示屏上的按键进行设置，其程序流程图如图7。图4主控单元模块结构图——cAN总线通信模块。该设计中整个系统的核心为CAN总线通信模块，它主要实现主控单元与显示屏之间的实时数据通信。CAN总线节点由单片机、CAN总线控制器、总线驱动器以及高速光电耦合器组成。该设计中CAN总线控制器采用独立式的MCP2515总线控制器。系统中数据传输的原理是

7、将所要传输的数据通过编程写入控制器芯图7程序流程图片的发送缓冲区，再发送出去，而目的节点则把数据接收无线控制系统中所用到的CAN总线的无线接收控制到数据接收缓冲区，再通过CAN总线接口和单片机之间中心的主要功能是把节点的数据通过cAN总线通信上传的数据总线传递给单片机进行处理。设计方案如图5。给控制中心，同时运用无线数传模块发送到服务端，且接收服务端的指令，运用CAN总线通信下传给相应节点。系统中的CAN总线软件控制流程如图8。图5CAN总线通信模块设计方案——无线数传模块。该模块采用nRF24L

8、01芯片，该芯片具有内置地址解码器、选人现出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器等功能模块，只需要很少的外围元件，使用非常方便。硬件电路连接实现单片机与nRF24L01芯片的接口连接。发送端的硬件连接与接收端基本相同，通用性强，可以完成半双工通信。3软件系统设计实际上，可将此控制系统分为无线数传和cAN总线通信两大模块。根据系统的设计要求，实现无线控制系统功能的软件总体设计框图如图6。无线数传模块的组成有nRF24L01和STC89C