基于CAN總線的井下多參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

監(jiān)測井下生產(chǎn)狀況參數(shù)包括監(jiān)測礦井空氣中有害或危險(xiǎn)成分、礦井空氣物理狀態(tài)、通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及其他參數(shù)。一般監(jiān)測對象包括瓦斯、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、液位等。井下生產(chǎn)狀況參數(shù)監(jiān)測的工作環(huán)境惡劣、監(jiān)測點(diǎn)分散、監(jiān)測種類多、測點(diǎn)數(shù)量大、通信距離遠(yuǎn)，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(shù)智能監(jiān)測系統(tǒng)非常必要。筆者采用當(dāng)前流行的虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)交互，并利用單片機(jī)成本低、集成度高、易于相互及與計(jì)算機(jī)通信等特點(diǎn)，開發(fā)了一種新型的井下多參數(shù)智能監(jiān)測系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

井下多參數(shù)智能監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)測分站系統(tǒng)、CAN總線通信系統(tǒng)、上位人機(jī)交互(監(jiān)控計(jì)算機(jī))以及煤礦安全專家系統(tǒng)(數(shù)據(jù)庫查詢服務(wù)器)組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 監(jiān)測分站系統(tǒng)

監(jiān)測分站系統(tǒng)采用高性能ATmega48單片機(jī)作為主控器件，外接多個(gè)瓦斯、位移、壓力等傳感器，經(jīng)過外部模擬電路，送人單片機(jī)內(nèi)置高精度A／D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)多路模擬量的實(shí)時(shí)采集，并通過CAN總線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與上位人機(jī)交互的數(shù)據(jù)交換。另外，監(jiān)控分機(jī)還可實(shí)現(xiàn)瓦斯、壓力等參數(shù)超標(biāo)時(shí)的井下聲光報(bào)警，并根據(jù)上位人機(jī)交互命令進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，有效避免事故的發(fā)生。

2.2 CAN總線通信系統(tǒng)

CAN總線通信系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)多個(gè)監(jiān)控分機(jī)與上位人機(jī)交互(監(jiān)控主機(jī))的數(shù)據(jù)通信，將實(shí)時(shí)采集的模擬數(shù)據(jù)通過CAN總線傳輸。

2.3 上位人機(jī)交互

人機(jī)交互系統(tǒng)以Lab Windows／CVI虛擬儀器作為開發(fā)平臺(tái)，利用圖形化的軟面板、豐富的數(shù)字信號處理庫和高級函數(shù)分析庫資源，借助于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)與板卡之間的控制信息和采集信息之間的數(shù)據(jù)交換、歷史數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)曲線擬制等功能。

2.4 煤礦安全專家系統(tǒng)

煤礦安全專家系統(tǒng)采用Microsoft Access 2003作為開發(fā)軟件。將歷年各種模擬量參數(shù)指標(biāo)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(jī)交互系統(tǒng)查詢。人機(jī)交互系統(tǒng)根據(jù)查詢結(jié)果發(fā)送相應(yīng)的控制命令，從而最大限度地減少事故。

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

3 監(jiān)控硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)主控器件以及外圍電路如圖2所示，其中外圍電路包含CAN總線通信電路、MAX1232外置看門狗電路、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。