基于CAN總線煤礦瓦斯智能節點的研究與設計

摘要：煤礦瓦斯氣體監測的系統是保證煤礦生產安全的必備設備，分析國內外煤礦瓦斯氣體監測系統特點，提出基于CAN總線煤礦瓦斯氣體監測的網絡系統。著重介紹以P80C592單片機作為CAN總線煤礦瓦斯智能節點，研究設計CAN總線通信接口電路、MAX306數據采集電路以及相應的軟件設計等。通過研究設計表明智能節點具有簡單明了、體積小、性能高、成本低廉、抗干擾能力強等特點，能夠滿足煤礦瓦斯氣體監測的網絡系統要求。
關鍵詞：CAN總線；瓦斯；傳感器；遠程監控

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我國是世界上最大的煤炭生產和消費國，也是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一。煤炭中含有大量的甲烷(CH4)等易燃易爆氣體，它是瓦斯形成的主要成分，發生瓦斯事故后會造成巨大的經濟損失，危及礦工的生命。隨著煤礦開采技術手段的不斷改進和開采規模的擴大及開采深度的不斷延伸，安全隱患越來越多，特別是重大、特大瓦斯事故在煤礦事故中所占的比例也越來越高。如果不控制住瓦斯事故，就不能實現煤礦安全生產狀況的穩定，也就無法保障煤炭工業的持續健康發展。所以，對煤礦井下瓦斯氣體進行快速準確的監測顯得尤其重要，對易燃易爆混合氣體監測系統的開發也成為重中之重。
世界各國也均有煤礦瓦斯氣體監測的系統，如波蘭的DAN6400、法國的TF200、德國的MINOS和英國的Senturion-200等，其中全礦井綜合監測控制系統有代表性的產品有美國MSA公司生產的系統，德國BEBRO公司的PROMOS系統。但是這兩種系統只是基于井下監測，并無數據上傳，不能實現智能化監控。我國監測監控技術應用較晚，20世紀80年代初，從波蘭、法國、德國、英國和美國等引進了一批安全監測系統，裝備了部分煤礦；在引進的同時，通過消化、吸收并結合我國煤礦的實際情況，先后由重慶煤科院、遼寧撫順煤科院等國內知名煤礦科學研究所研制出KJ2，KJ4，KJ5，KJ10，KJ13，KJ19，KJ38，KJ66，KJ75，KJ80，KJ92，KJ95，KJ101等煤礦有害氣體監測系統，在我國煤礦已有大量使用，但其中很大一部分儀表的傳輸數據是模擬方式，將氣體濃度轉化為脈沖量，易受礦井下強電磁設備干擾，造成監測結果不準確，易出現誤報警等現象。
鑒于此提出基于CAN總線研究設計方案，系統結構見圖1，工作原理如下，每個智能節點可以監測64點瓦斯，每個智能節點把監測的數據通過CAN總線傳輸到上位機，上位機根據傳輸的數據做出決定。上位機系統采用PCI總線工業控制機和CAN總線接口通信卡，軟件采用VB或組態軟件編寫應用程序，下位機(也稱遠程智能節點)采用單片機設計，下面著重研究設計智能節點。

CAN總線直接通信距離最遠可達到10 km(速率在5KB／s以下)，在通信距離為40 m以內時，通信速率最高可達到1Mb／s。CAN總線節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達到110個，如果需要更多節點，可以利用中繼器，實現網絡節點的增加和傳輸距離的延長。