煤矿嵌入式顶板压力监测系统

　第1期　2006年2月

工矿自动化　

Industry and Mine Automation

No.1　

Feb.2006　

文章编号:1671-251X (2006)01-0052-02

煤矿嵌入式顶板压力监测系统

洪留荣

(淮北煤炭师范学院计算机系,安徽淮北　235000)

摘要:讨论了基于嵌入式系统的井下顶板压力监测系统的基本结构和所实现的功能,详细介绍了实现该

系统的关键技术。

关键词:煤矿;顶板压力;监测系统;嵌入式系统;Modbus ;CGI 中图分类号:T D672/76 文献标识码:B

Embedded Monitoring System of Plank Pressure of Coal Mine

HON G Liu 2rong

(Dept.of Co mp uter of Huaibei Normal College of Coal Mine ,Huaibei 235000,China )

Abstract :The paper discussed t he basic st ruct ure and f unctions of monitoring system of plank pressure based on embedded system underground ,and int roduced t he key techniques to realize t his system.

K ey w ords :coal mine ,plank pressure ,monitoring system ,embedded system ,Modbus ,CGI 收稿日期:2005-11-24

作者简介:洪留荣(1969-),男,淮北煤炭师范学院计算机系讲师,中国矿业大学信电学院控制理论与控制工程专业在职博士生。

0　引言

近几年来,我国大、中型煤矿相继建成了计算机局域网,并逐步建立了各自的企业内部网[1]。在此期间,嵌入式技术得到了迅速发展,它以其体积小、价格低、功能多、支持以太网技术等优点,越来越多地应用于工业控制领域。

本文应用嵌入式技术实现井下顶板压力监测系统,以实现一种低成本的监测方式,同时联入煤矿企业的内部网,使顶板压力信息直接集成到企业的信息系统中。1　系统简介1.1　系统硬件

所设计的系统中,采用专门针对μCLinux 2Os 结构的微控制模块μCsimm ,它由Motorola 公司的龙珠68EZ328处理器驱动,自带2M 内存,8M

DRAM ,1个10M Base 2Τ以太网口和1个RS232高速串行口。

1.2　系统软件

嵌入式操作系统采用μCLinux ,这是微内核的

Linux 操作系统,是在Linux 20版本的基础上裁减

掉存储器管理单元得到的。

μCsimm 内置了Web 服务软件Tiny 2Turbo WebServer ,它支持C GI

(Co mmon Gateway Interface )。在本系统中C GI 程序处于中心位置,用C 语言编写,它既是μCsimm 与下位机通信的程序又是与PC 机通信的程序,同时还是μCsimm 提供Web 服务页面所不可缺少的程序。1.3　系统结构

井下顶板压力监测系统结构如图1所示。

图1　井下顶板压力监测系统结构图

嵌入式系统μCsimm 与下层数据采集节点组成主从关系,由主站不断依次发出查询信息,对下层

节点进行轮询。下层节点的通信可采用Modbus 协议。由于井下现场条件差,而且需要测量的点分布广,所以选用RS485串行总线,其传输距离可达

1500m,采用平衡发送和差分接收能适应井下的恶劣条件,可联网构成分布式系统。同时由于μCsimm不能与RS485直接联接,因此用RS232总线对数据格式进行转换,联入μCsimm。

μCsimm与企业网的互联以及与用户的交互功能,由其嵌入式操作系统中的网络服务器(Web2 Server)完成。μCsimm上配有RJ45接口,当用网线把μCsimm与Int ranet连接,配置好IP地址并运行网络服务器后,用户可在Internet上任何一台机器的浏览器中敲入IP地址,访问存在μCsimm中的主页。

为了保存顶板压力的历史记录,让μCsimm与企业网中的一台PC机进行网络通信,以便将数据保存起来,便于查询和分析。

2　下层串行通信协议及程序流程

为了系统的开放性,下层串行通信协议及程序流程采用美国Modicon公司制定的Modbus Plus 工业局域网中应用层协议来定义串口通信中的数据结构。协议只能由会话者提问,另一方只能应答,使用灵活、方便。

Modbus规定其标准信息包由地址编码、功能编码、数据包、校验码4部分组成。

Modbus用ASCⅡ和二进制两种方式对数据进行表达,本系统应用ASCⅡ表达方式,主站地址为00H,从站地址从01H到0F H。功能码表示主站对从站的各种操作,Modbus有1～8个功能码。

采用循环冗余校验CRC为通信校验码,用以提高通信的可靠性。

在通信中由主站发出具有上述格式的帧,在地址段填上从站的地址,在功能码段、数据区段及校验段填上相应的内容。从站把与本地地址一致的帧接收进来,应答帧的地址与功能码不变,使主站能识别。在通信过程中从站一直处于被动地位,若从站在接收过程中出错,不发送任何数据包,主站在规定时间内没有收到应答则放弃。如主站μCsimm想得到地址为11H的从站压力测量值,可发送如表1所示的信号,从站的回复信息则如表2所示。

表1　主、从站应答数据结构

数据段名称数据值数据段名称数据值

地址11读取数据个数高位00

功能码01读取数据个数低位01

读取地址高位00校验码CRC

读取地址高位00

表2　从站的回复信息

数据段名称数据值数据段名称数据值

地址11数据11D

功能码01校验码CRC

字节数

01

3　μCsimm与PC之间的通信

采用Linux Socket编程,需要注意的是节点数据的存放格式,在μCsimm中接收到下层节点数据并以图2所示的格式存放在μCsimm的缓存中。

图2　下层节点数据格式

4　嵌入式系统的配置和页面设计[2]

由于该嵌入式系统和Linux类似,其配置和安装与Linux的PC机差不多。本系统中WebServer 安装在/U ser/Httpd下,配置文件为/etc/t httpd. conf。以下是几个重要的配置项:

Dir=/user/httpd/ht ml/

Chroot

Cgipat=/cgi2bin/3

CGI程序完成与下层节点的通信工作,并用标准输出St dout把得到的下位节点测得的压力结果以H TML文件的格式返回给用户浏览器,用户在远程浏览器中输入μCsimm的IP地址就可以看到当前的矿压数据。如果要查询历史数据,必须访问存放历史数据的PC主机,由于篇幅所限,在此不再赘述。

本系统已在实验室通过运行,证明其设计思想和程序是可行的,并拟根据监测数据设计分析应用软件,找出工作面生产过程中顶板压力的规律,为企业决策提供依据。

参考文献:

[1]　于国防,左　明.建立煤矿企业Intranet网络的意义和

发展战略[J].煤矿自动化,2001,(2).

[2]　邹思铁.嵌入式Linux设计与应用[M].北京:清华大学

出版社,2002.

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