基于CAN總線和ARM9的煤礦井下通信的設(shè)計(jì)

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1、基于CAN總線和ARM9的煤礦井下通信的設(shè)計(jì)謝雪峰（1山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)能源投資開(kāi)發(fā)公司，山西太原,030006；2太原理工大學(xué)研究生院，山西太原,030024）摘要：煤礦井下工作環(huán)境非常惡劣，大多數(shù)煤礦井下都有6kV或10kV高壓以及大功率設(shè)備存在，再就是變頻及軟啟動(dòng)設(shè)備的大量使用，使得煤礦井下通信T?擾非常人，因此對(duì)煤礦井下通信的可靠性、穩(wěn)定性和傳輸效率等都提出了越來(lái)越高的要求。目前煤礦井下使用較多的是RS485總線、FSK調(diào)頻通信方式等，這些通信方式雖然使川簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，但是其可靠性、穩(wěn)定性和丄作效率等方而都存在嚴(yán)重的不足。同時(shí)煤礦井下監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越集中，信息量越來(lái)越

2、人，因此普通單片機(jī)作為通信核心已經(jīng)越來(lái)越不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。因此本文捉出了一種采用CAN總線和ARM9的通信方式用于煤礦井下通信，CAN總線由于其可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定性高、容錯(cuò)性好、多主從等特點(diǎn)，日前已經(jīng)在汽車電器控制、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制總線等方血得到了廣泛的應(yīng)用，文本采用CAM總線和ARM9結(jié)構(gòu)既滿足了煤礦井卞通信現(xiàn)場(chǎng)抗T擾要求，同時(shí)也滿足了煤礦井下信息高處理速度的耍求。關(guān)鍵詞：CAN總線ARM9煤礦井下通信SJA1000S3C24101、引言CAN總線是博世公司開(kāi)發(fā)的，最初應(yīng)于汽車電氣控制的通信總線，具冇性能穩(wěn)定、可靠性高、通信距離遠(yuǎn)、容錯(cuò)性能好、多主從工作方式等優(yōu)點(diǎn)，目

3、前已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用在了工業(yè)控制、智能建筑、社區(qū)安防、交通設(shè)置、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)和煤礦監(jiān)控系統(tǒng)等場(chǎng)合。CAN總線在工控場(chǎng)合特別是惡劣壞境卜?的使用越來(lái)越多了，Ifi/.RCAN總線的相關(guān)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其硬件容錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)為系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提供了保障。所以本文采用了CAN總線作為煤礦井下數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和分站Z間的通信方式，提高了通信平臺(tái)的穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力，同時(shí)ARM9的使用也極人增加了系統(tǒng)的通信帶寬和信息處理能力。2、通信節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)木文采用Philips公司的S3C241O作為通信控制器，采用SJA1OOO作為CAN總線控制器，采用82C250

4、作為總線的收發(fā)器,SJA1OOO和82C250的使用從偵件上保證了系統(tǒng)的電氣性能和穩(wěn)定性。通信電路主要由控制器S3C2410、總線控制器SJA1OOO、收發(fā)器82C250和光耦6N137組成?？刂破鱏3C2410完成初始化、數(shù)據(jù)收發(fā)和存儲(chǔ)及對(duì)通信節(jié)點(diǎn)的控制等川途，SJA1OOO用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，6N137是實(shí)現(xiàn)高速通信隔離的光耦，丿IJ來(lái)完成通信電路和總線的電氣隔離⑷，圖1所示為井下通信模塊的硬件電路原理圖。YCC圖1井下通信模塊的硬件電路原理圖系統(tǒng)駛件部分設(shè)計(jì)的時(shí)候主要是從通信的可靠性、穩(wěn)定性和系統(tǒng)的處理速度來(lái)考慮的。其次還考慮系統(tǒng)的兼容性、可移植性等，具體設(shè)計(jì)如下

5、：1）控制器：本系統(tǒng)采用的是Philips公司生產(chǎn)的S3C2410ARM9微處理器，S3C2410A是一款基于ARM9的32位內(nèi)核的RISC微處理器，最高可達(dá)266MHz的主頻，它具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等特性，同時(shí)S3C2410具有豐富的內(nèi)設(shè)。通過(guò)連接功能豐富的外圍設(shè)備，S3C2410是一款非常適合嵌入式設(shè)備使用的控制器。2）總線控制器：SJA1000是一款常用而且工作穩(wěn)定可靠的獨(dú)立CAN總線控制器，與PCA82C200在碩件和軟件都完全兼容，有一系列先進(jìn)的功能，適合于多種應(yīng)用，特別在系統(tǒng)優(yōu)化、診斷和維護(hù)方而非常重要。SJA1000有兩種工作模式BasicCA

6、N和PeliCAN模式，發(fā)送緩沖器能夠存儲(chǔ)一個(gè)完整的報(bào)文，當(dāng)接收到報(bào)文時(shí)核心模塊將串行位流轉(zhuǎn)換成用于驗(yàn)收濾波器的并行數(shù)據(jù)，并能確定主控制器要接收那些報(bào)文，所有收到的報(bào)文由驗(yàn)收濾波器驗(yàn)收并存儲(chǔ)在接收FIFO[2]o3）總線驅(qū)動(dòng)器：PCA82C250是CAN總線的關(guān)鍵部件乙一，是總線控制器和物理連接Z問(wèn)的橋梁，完全符合“TSOI1898”標(biāo)準(zhǔn)，最高速率可達(dá)1Mbps,具有抗瞬間干擾保護(hù)總線的能力，斜率控制可以有效降低射頻干擾，查分接收器可以抗寬范圍的共模干擾和電磁干擾，具有熱保護(hù)、防短路、低電流待機(jī)等功能，為系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作提供了保障。4）高速光耦：6N137是一款用于單通道

7、的高速光耦合器，內(nèi)部有一個(gè)850nm波長(zhǎng)的AIGMsLED和一個(gè)集成檢測(cè)器組成，其檢測(cè)器則由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開(kāi)路的三極管組成，具冇溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能。6N137特別適合于數(shù)字開(kāi)關(guān)、馬達(dá)控制、總線隔離和AD轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合。由于SJA1OOO和S3C2410Z間的邏輯電平不是完全兼容的，所以在換件設(shè)計(jì)過(guò)程屮需要對(duì)S3C2410的讀、寫(xiě)電平必須做邏輯變換，主耍包括地址、數(shù)據(jù)總線的復(fù)用，地址鎖存信號(hào)、讀寫(xiě)及片選信號(hào)的變換以及中斷信號(hào)的變換等，地址總線復(fù)用采用74LVC245進(jìn)行變換，