李琳琳，王緒本，陳 熠，高 嵩，曹禮剛

（1.成都理工大學(xué) 地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059；2.成都理工大學(xué) 地學(xué)核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059）

0 引言

煤礦安全是我國安全生產(chǎn)工作的重中之重，其監(jiān)控力度需要進(jìn)一步加強(qiáng)。本文針對(duì)煤礦的實(shí)際特點(diǎn)和需要，對(duì)已有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸由RS485方式改為CAN總線，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和實(shí)時(shí)傳輸能力，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的管理和對(duì)煤礦環(huán)境的監(jiān)控。

1 硬件設(shè)計(jì)

工業(yè)監(jiān)控環(huán)境惡劣，存在各種干擾源，CAN總線能夠滿足高抗干擾能力和實(shí)時(shí)通信能力的要求，其通信距離在3～5公里，符合煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸要求。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，將前端采集到的人員和環(huán)境信息通過串口傳輸給系統(tǒng)的控制器，并由CAN控制器和總線收發(fā)器傳輸?shù)紺AN網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心可以通過CAN總線接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

CAN節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)包含微控制器、CAN控制器、CAN總線收發(fā)器三個(gè)部分，本設(shè)計(jì)采用集成了CAN協(xié)議控制器的單片機(jī)P87C591作為本系統(tǒng)的控制核心，它是從80C51微控制器家族派生出來的8位高性能微控制器，與51指令集兼容，并集成了Philips半導(dǎo)體公司SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能，具有16 KB片內(nèi)ROM可以滿足本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

總線控制器采用了TJA1040，它是Philips新一代高速CAN總線收發(fā)器，它提供了CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，以及對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，具有低功耗管理，支持遠(yuǎn)程喚醒，其穩(wěn)定性和可靠性也比以往的芯片有很大提高。

為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，P87C591和TJA1040之間通過高速光耦6N137連接，實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離，CAN節(jié)點(diǎn)的硬件電路圖如圖2所示。

圖2 CAN節(jié)點(diǎn)硬件原理圖

本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集包括了礦井人員的RFID數(shù)據(jù)和礦井環(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)兩大部分，在接口設(shè)計(jì)上綜合考慮了已有礦井設(shè)備情況、傳輸數(shù)據(jù)量及生產(chǎn)應(yīng)用中的成本，采用已經(jīng)穩(wěn)定和成熟的RS232串口方式，將前端讀卡器和傳感器模塊接入到系統(tǒng)中，使用的芯片為MAX232。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括了兩大部分，一是對(duì)P87C591的使用，其初始化流程圖如圖3所示；二是CAN總線發(fā)送協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，其流程圖如圖4所示。

值得一提的是，在上電或者硬件復(fù)位后，P87C591的CAN控制器將處于復(fù)位模式，必須對(duì)它進(jìn)行初始化設(shè)置，其內(nèi)容包括操作模式、驗(yàn)收濾波器波特率、正確配置CAN中斷、總線定時(shí)等，尤其是波特率的設(shè)置，在調(diào)試中是要特別注意的，總線各個(gè)節(jié)點(diǎn)的波特率必須匹配，否則將導(dǎo)致傳輸失敗。

3 結(jié)論

圖3 P87C591初始化流程圖

本設(shè)計(jì)應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，可以實(shí)時(shí)可靠地將監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)、人員ID數(shù)據(jù)等上傳到主機(jī)中，同時(shí)改變以往CAN節(jié)點(diǎn)由獨(dú)立的微控制器+總線控制器+總線驅(qū)動(dòng)器的方法，采用了集成總線控制器的P87C591，結(jié)合其他外圍電路來實(shí)現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，為以后在煤礦中推廣打下良好的基礎(chǔ)。

圖4 中斷接收流程圖

[1] 朱志松,龔曉燕.基于CAN 總線的SCADA 系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2007,12.

[2] 崔清玲.P87C591在機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].艦船電子工程,2008,5.

[3] 劉雙全.基于飛利浦P8XC591的CAN總線節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用,2003,3.