CAN总线在煤矿远程监测系统中的应用

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煤炭是世界三大能源之-，是我国最基础的化石类能源和重要的冶金、化学工业生产原料。我国的煤炭探明储量居世界前j位↑年来，我国的煤矿安全生产情况逐年好转，全国煤炭生产百万吨死亡率屡创历史新低。但由于煤矿地质条件差、信息化程度低、中小煤矿多等原因，死亡率仍然高于世界主要产煤国。瓦斯、透水、粉尘等事故仍然是煤矿安全的重要隐患，严重威胁着矿片工作人员的安全[1。传统的煤矿安全监测系统多是基于Pc机或8位单片机构建，无法构成多主架构，后期扩展困难，主站点通信任务繁重，系统实时性差、可靠性较低口。

CAN总线以其优异的通讯可靠性、网络安全性、实时陛和抗干扰等性能已经在工业控制、医疗系统、安全监测和汽车电子等领域得到了广泛应用 。随着嵌入式系统技术的长足进步和硬件成本的不断降低，采用32位的ARM嵌入式系统和现场总线技术替代传统的煤矿在线监测装置已经成为煤矿安全信息系统发展的重要方向。提出了基于ARM嵌入式系统的CAN总线煤矿分布式远程监测系统，是-种新颖的煤矿安全信息系统解决方案，有利于煤炭开采的安全生产和可持续发展。

2系统总体架构煤矿井下作业环境的电网电压波动范围较大，工作环境恶劣，电气防爆需求较高。要求煤矿安全监测系统抗故障能力强，能进行煤矿安全信息的远程传输、监控，且在线监测设备应本质安全防爆。CAN总线是-种全数字化的多主双向工业现场总线。与其他传统串行总线通讯方式相比，CAN总线具备数据传输效率高，实时胜强，采用非破坏性总线仲裁技术，有硬件出错处理机制，后期维护和扩展方便等优点 。有效通讯距离最远可达 10km，节点数最多可扩展至1 1 0个[61。其采用的屏蔽双绞线传输介质符合本质安全的要求，能够适应井下电磁辐射、潮湿、粉尘等恶劣的工作环境。整个分布式煤矿远程监测系统采用了监控中心-监控子站-传感器”的树形总线式网络拓扑结构，其结构示意图，如图 1所示。本地及远程监控中心的上位机选用工控机构建，是整个煤矿监测系统的中心，可实现矿井安全参数的在线实时监测 、来稿日期：2012-08-07基金项目：河南侍育厅科学技术研究重点项目(13B413955)；郑州市科技计划项 目(121PPTGG386-4，20120541)河南势技攻关计划项目(092102210008)作者简介：张晓东，(1980-)，男，山东青岛人，硕士，讲师，主要研究方向：嵌入式系统；李秀娟，(1961-)，女，吉林乾安人，硕士，教授，主要研究方向：计算机应用技术第 6期 张晓东等：CAN总线在煤矿远程监测系统中的应用 85控制和管理功能。井下监控子站的下位机 CAN节点基于ARM7TDMI-S核的微控制器 LPC2292构建。多个监控子站通过屏蔽双绞线和CAN通信适配卡实现井下 CAN智能节点与监控中心上位机之间安全监控信息的传输和转发。此外，CAN总线两端接有 12011抑制反射的终端匹配电阻，以提高通讯的抗干扰性及可靠性。

r .. r 圆 圆 置 葺 国彗 - 篓 童j 篓图 1监测系统总体结构Fig.1 The Overall Structure of the Monitoring System根据煤矿监测区域和采掘进度，在井下关键区域和采掘工作面布置了多个 CAN智能节点监控子站。由于需要监测的井下安全参数不同，监控子站CAN节点的数据采集电路也会有所差异，且最多可以采集8路模拟量及开关量-关量可直接送至LPC2292的通用 I/0接口。模拟量需要经过信号调理电路进行调理滤波，转换为(0～3-3)v的直流电压信号后由隔离放大器输入至 LPC2292的A/D转换器接 口。检测设备和多种类型传感器通过智能节点挂接在CAN总线上，将瓦斯、-氧化碳、氧气、负压、水位、进风巷风速、回风巷温度和风速等监测数据通过CAN总线上传到井上本地监控中心。而远程用户可通过以太网或GPRS访问本地 Web Server服务器以获得该煤矿的安全监测信息并实现远程监控。

3 CAN节点的硬件设计3.1 LPC2292微控制器煤 矿远 程 监测 系统 井下 监控 子 站 的 CAN节 点 基于LPC2292微控制器构建。LPC2292是NXP半导体公司支持实时仿真的 16/32位 Thumb/ARM双指令集