基于CAN总线的煤矿安全监测系统研究

摘要

煤矿井下监控系统的应用是保障煤矿安全生产必不可少的手段。统一煤矿井下监控系统通信协议，灵活扩充通信网络节点是当前的研究方向之一。 本文的主要研究内容是：首先选取适合煤矿井下监控使用的现场总线，按照矿井下面的实际情况，确定总线网络布置方案及对所需硬件设备进行选型；其次根据实际监控过程制定通信协议，并在此基础上开发可用于监控的上位机软件；最后在实验室搭建现场总线网络模型，对所制定的通信协议及上位机软件进行验证。 针对煤矿井下监控现场防爆、防尘、防潮、防水、电网波动大、传输距离远及监测点经常增加的要求，对多种现场总线进行综合比较后，选取了CAN总线作为煤矿井下监控网络方案。 根据煤矿井下巷道的地形特点，对比了几种总线网络布置方案后，确定了采用主干线和支线分别布置，主干线与支线之间通过网桥连接的布置形式；布置方案考虑了节点数量较多、通信距离较远的实际情况，能够满足方便地进行节点扩充的需要，并且保证了系统工作的可靠性，即分支的异常不会影响整个系统的正常工作。 通信协议采用CAN2.0B规定的标准，并将其29位的ID进行了分段，除了表示不同的节点位置及节点类型以外，还将上位机与智能节点之间的命令和应答信号融入其中，不仅满足了监测过程中数据和命令的传送需用，而且可以使通信过程简化，通信过程中所需要的命令可以动态扩充。 使用LabVIEW软件开发了上位机软件，软件的功能模块基本可以满足煤矿井下监控的需要。为了验证所开发软件的功能和可靠性，在实验室构建了CAN总线网络结构模型，编写了调试所需的测试模块软件。经过测试，验证了所制定通信协议的可行性和所开发上位机监控软件运行的可靠性。

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声明

1绪论

2系统网络构架设计

2.1系统分析

2.1.1煤矿通信的特点

2.1.2煤矿中需要测量控制的主要参数

2.2系统通信网络的选定

2.2.1几种常用通信方式的比较

2.2.2现场总线概述

2.2.3现场总线标准

2.2.4五种现场总线比较

2.2.5通信网络的选定

2.3 CAN总线技术

2.3.1 CAN技术简介

2.3.2 CAN总线的特点

2.3.3现场总线通信协议模型

2.4网络组建方案

2.4.1 CAN总线网络的直线拓扑结构

2.4.2煤矿通讯井下网络的拓扑结构

2.5硬件选型

2.5.1兼容节点接入设备选型

2.5.2计算机与CAN总线连接设备选型

2.5.3子网与主干网的连接设备

3 CAN总线分布式网络系统监控软件设计

3.1开发工具及开发架构

3.1.1开发工具

3.1.2开发架构

3.2软件功能及其功能模块划分

3.2.1监控软件功能确定

3.2.2程序设计流程

3.3程序实现

3.3.1 CAN数据帧结构

3.3.2 CAN标识符的分配

3.3.3 LabVIEW程序实现

4方案验证

4.1实验室验证网络构建

4.2数据收发处理能力验证

4.2.1数据收发节点软件实现

4.2.2数据收发测试

5结论

5.1研究工作总结

5.2创新点

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的文章及参与的工作