CAN总线瓦斯检测系统在煤矿中的应用

１系统 的 总体 设 计 系统结 构框 图如 图ｌ 所示 。 基于Ｃ ＡＮ 总 线 的瓦斯监 测 管理 系统 的系统 结构框 图如 图 １ ， 图中ｎ 个 智能 节点 被放置 在矿井 工作 面的各 个位 置 中， 主要 负责 井下瓦 斯数据 的监控 ， Ｃ ＡＮ 总 线通信适 配卡负 责把各个 智能节 点采集 到的数据上 传到上 位机 ； 上位机 采用 Ｐ Ｃ 机， 负责 接受 系统 数据 并作 出分析 和 处理 ， 便 于管理 。 智能节 点如 图２ 所示 。 ２传感 器的 选 择 ｕＬ 一２ ６ ４是 一种实 用 的低功 耗瓦 斯传感 器 。 它 是用新 型材料 研 制的 热传 导 式气体 传感器 。 其 工作原 理是 当被 测气 体的成 份不变 而浓度 发生变 化时 ， 浓 度与 电阻值变 化成线性 比例 关系 。 ｕＬ － － ２ ６ ４ 具有 性 能优 良、 稳定 可靠 的特点 。 它 的工作 温度 低 ， 工作 电流小 ｌ 元件 寿命 长 ； 不 存在催 化剂 中毒 现象 ， 在全 量程 内 （ ０ ％～１ ０ ０ ％ ） 线性 好 ， 且 非 线性误 差 很小 。 ３数 据采 集 为 了使采集 的数据 更加准确 的接近矿 井工作面 的瓦斯浓 度。 系统采用 多个 传感 器进 行数据 采集 ， 将 传感器 分布 在井 下工作 面的 不 同位 置 ， 采集 来 的数据 通 过单片 机计 算 求出平 均值 ， 这 个平 均值 会更 加接 近８ Ｅ ５ １ ６ 的连 接如 图３ 所示 ： ４键 盘和 显示 部 分 按键部 分用来 实 现设置 时间 、 查询 数据等 功能 。 为 了在各 个智 能节点 显示 出浓度数 据和 时 间 ， 还 需要 驱动 六个数 码管 。 本 系统 选用 了Ｚ Ｌ Ｇ ７ ２ ８ ９ 芯片 来驱 动 按键及 数码 管 。 因为 Ｚ Ｌ Ｇ ７ ２ ８ ９ 是 一片 具有 串行接 口的可 同时驱动 ８ 位 共 阴式 数码管６ ４ 只独立Ｌ Ｅ Ｄ 的智能显示驱动芯片该芯片同时还可连接多达６ ４ 键的键 盘 矩 阵单片 即可 完成 Ｌ Ｅ Ｄ显示 、 键 盘接 口的全部 功能 。 ５声 光报 警器 采用了光耦隔离， 发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转 换为 电信 号输 出， 由于没有直 接的 电气连接 ， 这样 既耦合 传输 了信 号 ， 又有 隔离 作用 。 为了驱 动一 个蜂 鸣器 和 １ 个 发光 二极管 ， 采用 了一 个Ｎ Ｐ Ｎ的功率 三 极管 保证 输 出。 发 音元 件采 用压 电蜂 鸣器 ， 只 需在 其两 条引 线上 ］ Ｊ Ｉ ３ ｖ －２ ４ Ｖ的直 流 电压， 本设计采用的是直流５ ｖ 的蜂鸣器。 为了控制四个发光二极管的亮度， 接了 个５ ０ ０ ０的 电阻 ， 发光适 中 。 单片机 通过 管脚Ｐ ２ ． ８ 对 控制 报警 电路进 行控 制 。 Ｐ ２ ． ８ 通过 ７ ４ １ ｓ ０ ４ 反相器 接 到光 电隔离器 的一端 ， 当Ｐ ２ ． ８ 输 出低 电平 时 ， 三极 管 导通， 压 电蜂 鸣器 两端 获得 约＋ ５ Ｖ电压 而蜂 鸣 ， 当Ｐ ２ ． ８ 输 出高 电平 “ ｌ ， ， 时， 三极
一
图 １系 统结 构框 图
管 退 出导通状 态 ， 蜂 鸣器 停止 发音 。 ６时 钟 电路 外部 扩展 时钟 芯片选 用 Ｄ Ｓ １ ２ Ｃ ８ ８ ７ 它的 主要 特性 是 ： 直接 替换 Ｉ Ｂ ＭＡ Ｔ 计 算 机时 钟／日 历 芯片 ， 在掉 电方 式下 持续工 作十年 以上 ； 内部包含 锂 电池 ， 时钟 和辅助 电路系统 ， 计量秒、 分、 小时、 星期、 日期、 月、 年和闰年 ， 可以使用ｌ ｏ ｏ 年， 用二进 制或Ｂ Ｃ Ｄ ］ Ｉ ！ ￣ 表示 时间 、 日历和 闹钟 ， １ ２ 或２ ４ ， Ｊ 、 时方 式， 可 灵活地 选择使 用 Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｏ ｌ ａ 或Ｉ ｎ ｔ ｅ Ｌ ￣线 时序 ｌ 地址 、 数据 管脚 复用 ； 它 具有 １ ２ ８ 字节 的Ｒ ＡＭ空 间 ， １ ５ 字节用于时间和控制寄存器， １ １ ３ 字节可供用户使用 ； 可编程方波信号输出， 总线兼容的中断信号（ Ｉ Ｒ Ｑ） ； 可分别通过软件屏蔽的三个中断： １ ． 闹钟、 每秒或 每分 、 每天 ； ２ ． １ ２ ０ ｍｓ －５ ０ ０ ｍｓ Ｎ 期 中断 ， ３ ． 时钟更 新 周期结 束 。 ＤＡ１ ２ Ｃ ８ ８ ７ 与单片机的接口电路如图４ ０ ～Ｄ ７ 为单片机的数据总线 ， ＡＬ Ｅ 为 单片 机地 址锁 存允 许引 脚 ， ＲＤ、 ＷＲ ／ ｆＮ为单 片机 读写允 许 引脚 ， Ｉ ＮＴ ０ 为单片 机 外部 中断 输人 引脚 。 ７■ 门狗 电路 系统 的看 门狗 模块 采用 一个集 成芯 片Ｘ２ ５ ０ ４ ５ ， 而 把它 称为一 个模 块是 因 为它把 上 电复 位控 制 、 看 门狗定 时器 、 工 作电压 监控和 Ｅ ２ Ｐ Ｒ Ｏ Ｍ四种 功能 组合
应用 技 术
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Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ Ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
Ｃ ＡＮ 总线 瓦斯 检 测 系统 在煤矿 中的 应用
徐 菲
鹤岗 １ ５ ４ １ ０ ７ ） （ 龙 煤鹤 岗分 公 司益 新煤 矿 黑 龙江 ［ 摘 要 ］ 煤 矿 瓦斯 事 故是 煤 矿 安全 生 产 中发 生 频率 高 ， 危害 程度 大 的主要 事 故 源 ， 煤 矿 安全 是 安 全生 产 工作 的 重 中之 重 。 将现 场 总 线技 术 中 Ｃ ＡＮ总 线 （ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ Ａ ｒ ｅ ａ Ｎｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ￣ 制器 局域 网） 技术应用 于瓦斯 浓度监 测 中， 具有布 线简 单、 可 长距离通 讯 、 维护方 便 、 部件互换 性好等 优点 。 Ｃ Ａ Ｎ总线通信 选择 了Ｐ ＨＩ Ｌ Ｉ Ｐ Ｓ 公司 的Ｃ ＡＮ 总 线控制 器Ｓ Ｊ Ａ１ ０ ０ ０ 、 收发 器８ ２ Ｃ ２ ５ ０ 。 瓦斯 传感器 量 采用用 新型 材料 研制 的低 功耗 热传导 式气 体传 感器 ｕＬ 一 ２ ６ ４ ， 微处理 器 采用Ｗｍｂ ｏ ｎ ｄ ￣ 司 的８ 位 单
片机Ｗ７ ８ Ｅ ５ １ ６ 芯片。 采用了时钟芯片１ ２ ｃ ８ ８ ７ 和键盘数码管驱动芯片Ｚ Ｌ Ｇ ７ ２ ８ ９ 辅助系统更好的实现人机交换。
［ 关键 词］ 瓦斯 瓦斯浓 度 监测 中图分 类号 ： Ｃ ３ ９ Ｃ Ａ Ｎ 文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ： ｌ ０ ０ ９ —９ １ ４ ｘ（ ２ Ｏ １ ４ ） １ １ － ０ ３ ４ ８ －０ １