基于CAN總線的井下多參數監控系統的設計

監測井下生產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、通風設備運行狀態以及其他參數。一般監測對象包括瓦斯、風速、負壓、溫度、液位等。井下生產狀況參數監測的工作環境惡劣、監測點分散、監測種類多、測點數量大、通信距離遠，并且對實時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實現上位機交互，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，開發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總線通信系統、上位人機交互(監控計算機)以及煤礦安全專家系統(數據庫查詢服務器)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，外接多個瓦斯、位移、壓力等傳感器，經過外部模擬電路，送人單片機內置高精度A／D轉換器，實現多路模擬量的實時采集，并通過CAN總線通信系統實現與上位人機交互的數據交換。另外，監控分機還可實現瓦斯、壓力等參數超標時的井下聲光報警，并根據上位人機交互命令進行相應的控制操作，有效避免事故的發生。

2.2 CAN總線通信系統

CAN總線通信系統的主要功能是實現多個監控分機與上位人機交互(監控主機)的數據通信，將實時采集的模擬數據通過CAN總線傳輸。

2.3 上位人機交互

人機交互系統以Lab Windows／CVI虛擬儀器作為開發平臺，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、數據曲線擬制等功能。

2.4 煤礦安全專家系統

煤礦安全專家系統采用Microsoft Access 2003作為開發軟件。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生需要采用的操作進行匯總，供人機交互系統查詢。人機交互系統根據查詢結果發送相應的控制命令，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，供地面工作站人員查詢，以便實時改進。

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選通器件4051電路等。任意一路模擬量采集電路如圖3所示。