姚爱利
陕西榆林能源集团陕西银河煤业开发有限公司 陕西榆林 719000
摘要：煤矿井下皮带皮带机安全、高效循环运行依赖两条主线有效控制完成，皮带智能监测系统的完善，可以帮助设备运行人员更好的操作设备，现有皮带运输技术缺少多方面的监测环节。本文提出了一种基于CAN总线的皮带机的智能报警系统的组网设计。以现场总线技术为基础，处理器为核心的智能组网设计，与一般的组网设计相比具有明显的优点，有着广泛的应用前景。
关键词：煤矿；CAN总线； 智能报警；皮带机
引言
皮带机智能报警系统(组网设计)，是一个下位机模块。系统以AT89S52为核心，基于CAN总线智能报警系统的组网设计，由键盘显示与报警电路、网络传输模块组成。系统利用键盘显示电路模拟网络地址，当被监测点数据异常，系统将报警信号传输到操作室同时发出进行报警信号；网络选用CAN现场总线，可以接收主站发送过来的命令，根据不同的命令，系统会做出相应的处理。
本文主要是研制出一套适用与矿用胶带运输机的信息监测的装置。系统所实现的功能是实时采集胶带机监测点数据并存储、显示、传输、报警与处置，因此主要内容如下：矿用大型胶带机报警系统的硬件部分由数据采集模块、微控制器模块、通信模块、报警电路模块，键盘显示模块、电源模块组成。利用Altium进行电路原理图及印刷电路板的设计。
1皮带机智能报警系统的现状及CAN现场总线
目前，国外己有许多煤矿开采胶带机运输都己开始采用CAN总线来实现皮带机内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。［1］CAN总线技术在我国的应用起步比较晚，2000年开始皮带机监测系统才被引入大型矿井皮带机监测机制中，2008年现代化大型矿井的建设，该项技术得以发展推广。现场总线是用于过程自动化，将智能化现场设备与高层设备之间互联，实现全数字、串行、双向传输的通信系统。现场总线主要有以下几种类型：基金会现场总线(FF)、LonWorks、ProfiBus、CAN、HART，而其中CAN即控制器局域网因为具有高性能、高可靠性以及独特的设计而越来越受到关注。
2系统结构设计
2.1系统结构
其基于CAN总线的皮带机智能报警系统总体结构图2.1所示。
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图2.1基于CAN总线皮带机报警系统总体结构图
其中皮带机智能报警系统的组网硬件电路分为5大模块：电源模块、CAN总线控制模块、显示模块、报警模块、单片机控制电路模块。
2.2系统开发的软件和硬件平台
硬件平台用两个单片机最小系统的开发板，两个CAN通信模块搭建整个组网的模拟平台，以一个单片机开发系统的键盘模拟报警信号的输入信号，以便满足软件的调试，在硬件电路设计好以后，软件设计则是最重要的一个设计部分，CAN总线所实现的智能化、集约化功能都是由软件来完成的。
软件开发环境：微处理器AT89S52可支持汇编语言和C语言，语言编程器Keil uVision4可以简化编程，可读性好，调试方便所以本系统软件主程序采用C语言编写，将编辑好的程序编译后下载到单片机中实现软硬件的联调试。
3硬件电路设计
3.1系统硬件电路总体设计
根据系统的功能要求，硬件设计的基本思路是以单片机为核心，根据需要添加相应的功能电路。本装置以AT89S52为核心，由5部分电路组成：电源模块、CAN总线控制模块、显示模块、报警模块、单片机控制电路模块。由以上5部分组成本硬件电路智能报警系统的组网设计
3.2微处理器AT89S52
目前，总线接口电路的设计方法有如下两种：一种是带片内CAN控制器的微控制器；另一种是微控制器与独立的CAN控制器。本文选择用ATmel公司生产的与MCS-51兼容的低功耗、高性能的CMOS8位微控制器AT89S52。
AT89S52具有如下特点：8kBytes Flash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
3.3电源部分
电源变换电路原理图如图3.1所示，外接交流电220V经过变压器降压、桥式整流电路得到12V直流电压。再经电容滤波电路、三端稳压器7805得到5V电压，用做系统电源。
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图3.1 电源电路
3.4CAN总线的接口电路设计
硬件电路的设计主要是CAN通信控制器与微处理器之间和CAN总线收发器与物理总线之间的接口电路的设计。CAN通信控制器是CAN总线接口电路的核心,主要完成CAN的通信协议,而CAN总线收发器的主要功能是增大信距离,提高系统的瞬间抗干扰能力,保护总线,降低射频干扰(RFI),实现热防护等。
本文所设计的CAN总线接口电路是采用TJA1050作为微处理器，CAN总线通信接口中采用PHILIPS公司的独立CAN通讯控制器MCP2515和高性能CAN总线收发器TJA1050。CAN总线接口框图3.2所示。
图 3.2 CAN总线接口框图
MCP2515在电路中是一个总线接口芯片,通过它实现上位机与现场微处理器之间的数据通信。该电路的主要功能是通过CAN总线接收来自上位机的数据命令，然后分析判断接收数据的内容，下位机将决定做出什么样的处理,当CAN总线接口接收到下位机的上传数据, MCP2515就产生一个中断,引发微处理器产生中断,通过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN 总线上传给上位机进行分析。TJA1050是CAN总线接口电路的核心,其承担CAN 控制器的初始化、CAN的收发控制等任务。
AT89S52是CAN总线接口电路的核心，其承担CAN控制器的初始化、CAN的收发控制等任务。在电路图中，AT89S52单片机的P1.0-P1.4端分别控制MCP2515的RST、CS、SO、SI、SCK端。MCP2515与单片机之间用SPI串行通信方式，P1.1控制片选信号CS，当CS接到低电平时,MCP2515 被选中,CPU可对MCP2515进行读/写操作。
3.5报警电路设计
声光报警电路主要由有源蜂鸣器、发光二极管及其驱动三极管组成。当被监测的传感器接发出报警模拟信号, 蜂鸣器鸣叫, 同时发光二极管也亮起来。系统报警电路由P2.0引脚驱动，当单片机判断有上面的情况发生时， P2.0输出低电平，使图中的Q2导通，蜂鸣器发出声音，发光二极管发出光。图中R21为上拉电阻，在系统上电或管脚初始化时防止管脚出现瞬时低电平而引发的误触发，造成错误报警。D3起保护蜂鸣器作用。
结束语
本文主要介绍了以下几个方面：
（1）了解目前智能系统监控装置的应用现状及发展，初步确定系统要实现的功能。分析了现场总线技术的特点和优点，通过对国内外研究现状分析，提出了基于CAN总线的重型卡车监测智能系统的组网实现方式。
（2）重点智能系统的组网实现结构，并在CAN总线技术研究的基础上，设计了基于CAN总线的组网系统。并详细介绍了软、硬件开发的关键技术和实现方法。
参考文献
[1]李真花. CAN总线轻松入门与实践.北京航空航天大学出版社 ，2011.
[2]胡延平.皮带运输机常见故障的分析与处理[J]. 太原城市职业技术学院学报. 2007(04)
[3]郎贵彬.煤矿皮带运输机故障研究[J]. 科技信息. 2010(01)
论文作者:姚爱利
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/14
标签：电路论文; 总线论文; 模块论文; 系统论文; 智能论文; 报警系统论文; 硬件论文; 《防护工程》2018年第24期论文;