矿井下数据采集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种矿井监控技术，具体地说是涉及一种基于改进的ＣＡＮ总线的矿井下数据采集系统。本发明专利技术所述的数据采集分站采用ＴＣＰ／ＩＰ通信与总控中心连接，数据采集分站通过ＣＡＮ接口井下监控模块连接。本发明专利技术有如下有益效果：本发明专利技术采用ＣＡＮ现场总线技术煤矿监控系统成为开放性，数据采集分站与监控中心之间通过ＴＣＰ通信，数据采集分站与井下监控模块之间通过ＣＡＮ通信，ＣＡＮ总线的位仲裁机制，解决了各站点在总线的传输冲突问题。本发明专利技术矿井下数据采集系统结构简单，操作简便，数据采集全面，数据传输、解析快捷准确，适用于煤矿监控系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种矿井监控技术，具体地说是涉及一种基于改进的CAN总线的矿井下数据采集系统。
技术介绍
传统的煤矿监控系统信息传输广泛采用的是RS232或RS485通信方式，这种传输总线技术在信息传输方面存在许多无法克服的缺点，主要表现在：(1)监控系统种类虽然多，但均为主从式结构，网络上只能有1个主节点，无法构成多主冗余系统，当主节点出现故障后，系统将无法运行；(2)由于缺乏统一的规范和通信协议，所以系统是封闭的；(3)传输速率较低，一般在4800B/S以下，传输距离短，实时性满足不了。(4)信号处理的精度不高，传输线上的数据的抗干扰能力低。传统的CAN总线以报文为单位进行数据传送，报文的优先级结合在11位标识符中，具有最低二进制数的标识符有最高的优先级。当几个站同时发送报文时，站1的报文标识符为011111；站2的报文标识符为0100110；站3的报文标识符0100111。所有标识符都有相同的两位01，直到第3位进行比较时，站1的报文被丢掉，因为它的第3位为高，而其它两个站的报文第3位为低。站2和站3报文的4、5、6位相同，直到第7位时，站3的报文才被丢失。但这种优先级一旦在系统设计时被确立后就不能再被更改。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提出了一种基于改进的CAN总线的煤矿矿井嵌入式数据采集分站的方法，整个系统能够对煤矿矿井-->数据进行有效采集，具有良好的稳定性与扩展性的矿井下数据采集系统。本专利技术一种矿井下数据采集系统通过下述技术方案予以实现：本专利技术矿井下数据采集系统包括总控中心、第一数据采集分站、第二数据采集分站、第三数据采集分站、CAN总线、主控芯片、外扩存储器、TCP/IP通信模块、CAN通信模块、EEPROM模块、电源与复位电器、井下瓦斯监控模块、井下CO监控模块、井下温度监控模块、井下烟雾监控模块、井下风门监控模块、其它I/O操作、主控芯片的CPU、以太网控制器、网络变压器，所述的第一数据采集分站、第二数据采集分站和第三数据采集分站通过SPI接口、采用TCP/IP通信模块和以太网与用于矿井安全监控的总控中心连接，第一数据采集分站、第二数据采集分站和第三数据采集分站通过CAN接口、CAN通信模块和CAN总线分别与井下瓦斯监控模块、井下CO监控模块、井下温度监控模块、井下烟雾监控模块和井下风门监控模块连接。本专利技术一种矿井下数据采集系统与现有技术相比较有如下有益效果：本专利技术采用了CAN现场总线技术使得建设基于网络的开放性煤矿监控系统成为可能，数据采集分站与监控中心之间通过TCP通信，数据采集分站与井下监控模块之间通过CAN通信，而CAN总线具备的位仲裁机制，有效地解决了各站点在总线的传输冲突问题，能更好的保障井下的安全状况。本专利技术采用ARM芯片作为主控芯片，在性能上远远优于采用8位/16位单片机作为主控芯片的系统。TCP通信模块实现了TCP通信。内嵌CAN模块使得CAN通信设计电路简单，性能更加稳定。串口通信都可以实现重要参数如IP地址、矿井号等的修改，外扩EEPROM用于重要参数的存储。网口插座采用内置网络变压器、状态显示灯和电阻网络的RJ45接座AT24C16，具有信号耦合、电气隔离、阻抗匹配、抑制干扰等优点。煤矿矿井嵌入式数据采集分站收集井下种类监控模块数据，并及时传送至井上监控中心，-->为煤矿安全监控提供了有效途径。采用TCP/IP通信有利于数据采集分站的动态使用；CAN通信保证了数据采集分站与井下各节点之间的高速率通信。本专利技术将各站点的情况按安全程度分级，然后按照程度生成相应的标识符，利用CAN总线的位仲裁机制，在总线上决定传输优先权，这样可以更有效的提高总线的利用率，处理好各站点的安全状况。本专利技术矿井下数据采集系统结构简单，操作简便，数据采集全面，数据传输、解析快捷准确，适用于煤矿监控系统。附图说明本专利技术一种矿井下数据采集系统有如下附图：图1为本专利技术矿井下数据采集系统安全监控组成结构示意图；图2为本专利技术矿井下数据采集系统数据采集分站硬件结构示意图；图3为本专利技术矿井下数据采集系统CAN通信任务流程结构示意图；图4为本专利技术矿井下数据采集系统以太网控制器电路结构示意图。其中：1、总控中心；2、以太网；3、第一数据采集分站；4、第二数据采集分站；5、第三数据采集分站；6、CAN总线；7、主控芯片；8、外扩存储器；9、TCP/IP通信模块；10、CAN通信模块；11、EEPROM模块；12、电源与复位电器；13、井下瓦斯监控模块；14、井下CO监控模块；15、井下温度监控模块；16、井下烟雾监控模块；17、井下风门监控模块；18、其它I/O操作；19、主控芯片的CPU；20、串口通信模块；21、以太网控制器；22、网络变压器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术一种矿井下数据采集系统技术方案作进一步描述。如图1—图4所示，本专利技术一种矿井下数据采集系统包括总控中心1、第一数据采集分站3、第二数据采集分站4、第三数据采集分站5、CAN总线6、主-->控芯片7、外扩存储器8、TCP/IP通信模块9、CAN通信模块10、EEPROM模块11、电源与复位电器12、井下瓦斯监控模块13、井下CO监控模块14、井下温度监控模块15、井下烟雾监控模块16、井下风门监控模块17、其它I/O操作18、主控芯片的CPU19、以太网控制器20、网络变压器21，所述的第一数据采集分站3、第二数据采集分站4和第三数据采集分站5的通过SPI接口、采用TCP/IP通信模块9和以太网3与用于矿井安全监控的总控中心1连接，第一数据采集分站3、第二数据采集分站4和第三数据采集分站5通过CAN接口、CAN通信模块10和CAN总线分别与井下瓦斯监控模块13、井下CO监控模块14、井下温度监控模块15、井下烟雾监控模块16和井下风门监控模块17连接。所述的数据采集分站3，4，5包括主控芯片7、及外扩存储器8、TCP/IP通信模块9、CAN通信模块10、EEPROM模块11、串口通信模块20、电源与复位电器12，所述的可实现TCP通信功能的TCP/IP通信模块9通过SPI接口与主控芯片7连接，所述的CAN通信模块10通过CAN接口与主控芯片7连接，用于重要参数修改与存储的EEPROM模块11和串口通信模块20分别通过12C接口和SC1接口与主控芯片7连接；以太网控制器21和网络变压器22用于传输采集的数据信号，微处理器的CPU 19用于用于解析和处理采集的数据信号，网络的四个引脚TPOUT+，TPOUT—，TPIN+，TPIN—通过集成在以太网控制器21中的网络变压器22后与RJ45接口连接，两个中断引脚LEDA，LEDB与单片机的外部中断或者与通用I/O口连接。所述的以太网控制器20为ENC28J60，集成在主控芯片7中；主控芯片7采用ARM芯片作为主控芯片。所述的RJ45接口采用内置网络变压器22、状态显示灯和电阻网络的RJ45-->接座HR911105A。所述的数据采集分站采用串口通信模块20和TCP通信模块9两种方式修改重要参数，采用AT24C16作为存储芯片；EEPROM模块11采用AT24C16作为存储芯片，用于存入数据采集分站的重要参数。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井下数据采集系统，包括总控中心（１）、第一数据采集分站（３）、第二数据采集分站（４）、第三数据采集分站（５）、ＣＡＮ总线（６）、主控芯片（７）、外扩存储器（８）、ＴＣＰ／ＩＰ通信模块（９）、ＣＡＮ通信模块（１０）、ＥＥＰＲＯＭ模块（１１）、电源与复位电器（１２）、井下瓦斯监控模块（１３）、井下ＣＯ监控模块（１４）、井下温度监控模块（１５）、井下烟雾监控模块（１６）、井下风门监控模块（１７）、其它Ｉ／Ｏ操作（１８）、主控芯片的ＣＰＵ（１９）、以太网控制器（２０）、网络变压器（２１），其特征在于：所述的第一数据采集分站（３）、第二数据采集分站（４）和第三数据采集分站（５）通过ＳＰＩ接口、采用ＴＣＰ／ＩＰ通信模块（９）和以太网（３）与用于矿井安全监控的总控中心（１）连接，第一数据采集分站（３）、第二数据采集分站（４）和第三数据采集分站（５）通过ＣＡＮ接口、ＣＡＮ通信模块（１０）和ＣＡＮ总线分别与井下瓦斯监控模块（１３）、井下ＣＯ监控模块（１４）、井下温度监控模块（１５）、井下烟雾监控模块（１６）和井下风门监控模块（１７）连接。

【技术特征摘要】
1、一种矿井下数据采集系统，包括总控中心(1)、第一数据采集分站(3)、第二数据采集分站(4)、第三数据采集分站(5)、CAN总线(6)、主控芯片(7)、外扩存储器(8)、TCP/IP通信模块(9)、CAN通信模块(10)、EEPROM模块(11)、电源与复位电器(12)、井下瓦斯监控模块(13)、井下CO监控模块(14)、井下温度监控模块(15)、井下烟雾监控模块(16)、井下风门监控模块(17)、其它I/O操作(18)、主控芯片的CPU(19)、以太网控制器(20)、网络变压器(21)，其特征在于：所述的第一数据采集分站(3)、第二数据采集分站(4)和第三数据采集分站(5)通过SPI接口、采用TCP/IP通信模块(9)和以太网(3)与用于矿井安全监控的总控中心(1)连接，第一数据采集分站(3)、第二数据采集分站(4)和第三数据采集分站(5)通过CAN接口、CAN通信模块(10)和CAN总线分别与井下瓦斯监控模块(13)、井下CO监控模块(14)、井下温度监控模块(15)、井下烟雾监控模块(16)和井下风门监控模块(17)连接。2、根据权利要求1所述的矿井下数据采集系统，其特征在于：所述的数据采集分站(3，4，5)包括主控芯片(7)、及外扩存储器(8)、TCP/IP通信模块(9)、CAN通信模块(10)、EEPROM模块(11)、串口通信模块(20)、电源与复位电器(12)，所述的可实现TCP通信功能的TCP/IP通信模块(9)通过SPI接口与主控芯片(7)连接，所述的CAN通信模块(10)通过CAN接口与主控芯片(7)连接，用于重要参数修改与存储的EEPROM模块(11)和串口通信模块(20)分别通过12C接口和SC1接口与主控芯片(7)连接；以太网控制器(21)和网络变压器(22)集成在主控芯片(7)中，微处理器的C...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘蕴络，周贤伟，杜帅，汪林，李亚濛，呼欣，王伟，
申请(专利权)人：西部矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：63[]