基于CAN總線(xiàn)的井下多參數監控系統的設計

監測井下生產(chǎn)狀況參數包括監測礦井空氣中有害或危險成分、礦井空氣物理狀態(tài)、通風(fēng)設備運行狀態(tài)以及其他參數。一般監測對象包括瓦斯、風(fēng)速、負壓、溫度、液位等。井下生產(chǎn)狀況參數監測的工作環(huán)境惡劣、監測點(diǎn)分散、監測種類(lèi)多、測點(diǎn)數量大、通信距離遠，并且對實(shí)時(shí)性和可靠性要求極高。因此，研制一種性能可靠、成本低的煤礦井下多參數智能監測系統非常必要。筆者采用當前流行的虛擬儀器技術(shù)實(shí)現上位機交互，并利用單片機成本低、集成度高、易于相互及與計算機通信等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一種新型的井下多參數智能監測系統。

2 系統總體設計

井下多參數智能監控系統由監測分站系統、CAN總線(xiàn)通信系統、上位人機交互(監控計算機)以及煤礦安全專(zhuān)家系統(數據庫查詢(xún)服務(wù)器)組成。其系統結構圖如圖1所示。

2.1 監測分站系統

監測分站系統采用高性能ATmega48單片機作為主控器件，外接多個(gè)瓦斯、位移、壓力等傳感器，經(jīng)過(guò)外部模擬電路，送人單片機內置高精度A／D轉換器，實(shí)現多路模擬量的實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)CAN總線(xiàn)通信系統實(shí)現與上位人機交互的數據交換。另外，監控分機還可實(shí)現瓦斯、壓力等參數超標時(shí)的井下聲光報警，并根據上位人機交互命令進(jìn)行相應的控制操作，有效避免事故的發(fā)生。

2.2 CAN總線(xiàn)通信系統

CAN總線(xiàn)通信系統的主要功能是實(shí)現多個(gè)監控分機與上位人機交互(監控主機)的數據通信，將實(shí)時(shí)采集的模擬數據通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸。

2.3 上位人機交互

人機交互系統以L(fǎng)ab Windows／CVI虛擬儀器作為開(kāi)發(fā)平臺，利用圖形化的軟面板、豐富的數字信號處理庫和高級函數分析庫資源，借助于計算機的強大功能實(shí)現與板卡之間的控制信息和采集信息之間的數據交換、歷史數據分析、數據曲線(xiàn)擬制等功能。

2.4 煤礦安全專(zhuān)家系統

煤礦安全專(zhuān)家系統采用Microsoft Access 2003作為開(kāi)發(fā)軟件。將歷年各種模擬量參數指標以及在具體情況下避免事故發(fā)生需要采用的操作進(jìn)行匯總，供人機交互系統查詢(xún)。人機交互系統根據查詢(xún)結果發(fā)送相應的控制命令，從而最大限度地減少事故。

另外，此系統還將打印分析的參考意見(jiàn)，供地面工作站人員查詢(xún)，以便實(shí)時(shí)改進(jìn)。

3 監控硬件設計

監控系統主控器件以及外圍電路如圖2所示，其中外圍電路包含CAN總線(xiàn)通信電路、MAX1232外置看門(mén)狗電路、8路模擬量采集電路以及分時(shí)選通器件4051電路等。任意一路模擬量采集電路如圖3所示。