写论文没有思路的时候，经常查阅一些论文范文，小编为此精心准备了《CAN总线技术煤矿安全论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！【摘要】矿用隔爆型电磁起动器是煤矿井下主要的电气设备。本文在分析煤矿安全生产形势和CAN总线技术的基础上，结合CAN总线技术以数字信号处理器（DSP）为核心设计矿用隔爆型电磁起动器通讯系统，分别设计了eCAN通讯硬件电路和软件程序，通讯系统可以实现DSP和上位机之间的数据实时传输。
CAN总线技术煤矿安全论文 篇1：
煤矿井下监测系统中CAN通讯技术研究
【摘要】 为了提高煤矿井下监测系统数据通讯的可靠性，结合C8051F040和CAN总线研究煤矿井下监测系统通讯技术。首先对全生产形势进行详细分析，然后详细介绍了CAN和C8051F040中集成的CAN控制器，并对煤矿井下监测系统进行总体设计，最后设计了C8051F040和CAN总线通讯接口电路。
【关键词】 C8051F040 CAN 煤矿 通讯接口
目前，我国正在经历煤炭管理模式从传统的模式向现代的管理模式转变，在控制煤矿生产事故总量和百万吨死亡率方面取得明显进步，煤矿安全生产整体情况逐年好转。但是煤矿行业仍然是高危行业，安全生产事故总量及事故影响仍然远远高于其他行业，减少安全生产事故、保障工作人员生命财产安全仍然是当今工作的重点。
煤矿井下监测系统是现代煤矿管理模式的基石，它可以为管理和指挥人员提供井下工作环境、设备状态、人员位置等基本信息，保证在事故发生前及时采取防范措施，避免事故的发生和扩大；同时也可以在事故发生时，为指挥人员确定最佳救援路线和避险路线提供决策信息，保证井下一线工作人员能够安全撤离和疏散。
一、CAN总线技术
1.1 CAN
CAN（Controller Area Network）即控制器局域网最初是德国的Bosch公司为汽车监测和控制而开发出的，以其高可靠性、优异的性能及独特的设计已经在数控机床、农用机械、机器人控制和设备监测其他行业获得广泛应用。CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时给总线发送信息，优先级低的节点主动给优先级高的节点让步，高优先级的节点将不受限制继续发送数据，从而节省了总线冲突仲裁时间，尤其是网络负载较重的情况下也不会造成网络瘫痪。CAN 网络可以根据需要设置不同优先级的节点信息，节点数可达 110 个。CAN2.0A具有2032种报文标识符，CAN2.0B具有几乎不受任何限制的扩展标准报文标识符。CAN 网络通讯选择的介质比较灵活，可以用双绞线、光纤也可以用同轴电缆，通讯速率在5kbps时，最远通信距离可以达到10km，通讯速率在1Mbps通讯时，最远通信距离可以达到40m。
1.2 C8051F040中CAN控制器
传统的单片机与CAN总线是通过CAN控制器和CAN隔离收发器相连接，CPU外围电路复杂，系统抗干扰能力差。C8051F040单片机内部集成了CAN控制器和独立CAN信息缓冲区，简化了单片机与CAN总线连接电路，提高了信息传输的可靠性和安全性。
C8051F040的CAN总线控制器由CAN总线内核、报文RAM（与C8051F040的RAM相互独立）、CAN总线控制寄存器和报文处理状态机制组成，控制器里有三个寄存器可以通过CIP-51特殊功能寄存器直接访问，其它的寄存器只能通过CAN0ADR、CAN0DATL和CAN0DATH寄存器通过地址索引的方式间接访问。
二、监测系统设计
煤矿井下监测系统是井下负责采集井下生产环境和设备运行状态数据，主要有C8051F040单片机最小系统、传感器、信号隔离电路、信号处理电路、声光报警电路、显示屏和通讯电路组成，其中C8051F040单片机最小系统是监测系统核心，负责信号的采集、处理和通讯，同时在井下故障时给声光报警电路发送控制指令；传感器分为模拟信号输出传感器和开关量输出传感器两种，为监测系统提供最原始的数据；显示屏用于循环显示各个通道模拟量和开关量数据及设备运转状态，煤矿井下监测系统结构简图如图1所示。
三、通讯电路设计
C8051F040内部集成的CAN控制器属于协议控制器，不能为通讯提供物理层驱动，所以通讯电路设计时需要外加CAN收发器。目前应用较多的CAN收发器有SN65HVD230收发器、PCA82C250 收发器和TJA1050 收发器等，SN65HVD230具有差分收发能力、抗干扰能力强、低功耗及外围电路简单等优点，同时具有三种不同的工作模式可以选择，方便与C8051F040单片机配合使用，所以选择SN65HVD230作为CAN收发器。通讯接口电路设计如图2所示，其中SN65HVD230的D引脚和R引脚分别和C8051F040的CANTX引脚和CANRX引脚相连接。Rs引脚为SN65HVD230的斜率电阻输入引脚，120 ?的电阻两端分别与Rs和地相连接，使收发器工作在斜率控制模式。为了提高通讯电路的抗干扰能力，在CANTX 和CANRX之间串联一个阻值为120?的匹配电阻。
四、结束语
结合煤矿井下监控系统的特点，提出基于C8051F040单片机和CAN总线技术的通讯接口电路，电路具有结构简单、稳定性好、通讯速率高等优点。通讯电路能够将井下工作环境和设备状态信息发送给井上的监测中心，为井上监测人员发送实时数据，对于促进安全生产工作的顺利开展，保证人民生命财产安全具有十分重要的意义。
参 考 文 献
[1] 李光范，高克利等.智能电网控制技术及其发展.科技导报，2010，28（23）：113-117.
[2] 张秋琳. 基于CAN总线技术的矿用隔爆型电磁起动器通讯系统设计[J].中国信通信，2014.
[3] 孟永鹏，贾申利，荣命哲.真空断路器机械特性的在线监测方法.高压电器，2006，42（1）：31-34.：
作者：徐洋 韩英 陈立东 刘磊
CAN总线技术煤矿安全论文 篇2：
基于CAN总线技术的矿用隔爆型电磁起动器通讯系统设计
【摘要】 矿用隔爆型电磁起动器是煤矿井下主要的电气设备。本文在分析煤矿安全生产形势和CAN总线技术的基础上，结合CAN总线技术以数字信号处理器（DSP）为核心设计矿用隔爆型电磁起动器通讯系统，分别设计了eCAN通讯硬件电路和软件程序，通讯系统可以实现DSP和上位机之间的数据实时传输。
【关键词】 eCAN总线 煤矿 起动器 通讯系统
近年来，我国煤矿安全生产形势持续好转，然而复杂的煤矿开采环境和开采强度的增加长期制约煤炭行业的健康发展。瓦斯爆炸是煤矿井下重要的安全生产事故，当井下瓦斯等可燃性气体浓度过高时遇到火花就会产生爆炸，直接威胁煤矿安全生产工作的开展。矿用隔爆型电磁起动器用于直接或远距离起动、停止或者正反转控制三相异步电动机，同时具有对电动机过载、短路和漏电等故障的保护功能，广泛运用在煤矿井下通风机、刮板运输机、卷扬机和皮带机等电气设备中。开展矿用隔爆型电磁起动器通讯系统的研究能够实时将电动机的运行状态发送给上位机，对于提高井下设备稳定性和保障安全生产顺利开展具有重要的意义，同时也加快了智能化矿井的建设步伐，加快现代化煤矿技术的快速实现。
一、 CAN总线技术
1.1 CAN总线
现场总线技术是当今自动化领域研究的热点之一，为分布式控制系统各个节点之间实时、可靠通讯提供强有力的技术支持。CAN是控制局域网络（Control Area Network，CAN）的简称，是一种能够支持分布式控制或实时通讯的串行通讯总线。CAN总线技术最早为了适应汽车电子技术的需求开发出来的，属于目前应用最广泛的现场总线之一。近年来CAN总线凭借其结构简单、高可靠性、灵活性强和良好的错误检测能力，被广泛运用到汽车系统通讯、电网监测、电气设备检测与通讯等技术领域。
CAN总线采用多主串行通讯协议，可以有效的支持分布式实时控制，通讯速率最高可达1Mb/s。CAN总线的数据帧有几个字节（最多8个字节）组成，从而提高了总线对于新的数据帧响应时间。CAN总线在传送数据时每个消息都有自己的标示符，以此识别不同消息在总线上的节点，保证在产生总线冲突时，具有更高优先级的消息没有延时传输。
1.2 eCAN模块
eC28x处理器的CAN控制器为CPU提供完整的CAN协议，减少了通信时CPU的开销。eCAN控制器的内部结构是32位的，主要由CAN协议内核（CPK）和消息控制器构成。CAN协议内核接受到有效的消息后，消息控制器的接收控制单元确定是否将接收到的消息存储邮箱存储器中。接收控制单元检查消息的状态、标识符和所有消息对象的滤波，确定相应邮箱的位置，接收到的消息经过接收滤波后存放到第一个邮箱。
二、通讯系统设计
矿用隔爆型电磁起动器通讯系统将DSP采集的系统信息通过CAN通讯技术发送给上位机，实现DSP控制系统与上位机之间的实时通讯。通讯系统采用模块化设计思想，首先以数字信号处理器TMS320F2812为核心结合CAN总线通讯转换器SN65HVD23X设计通讯系统的硬件电路，然后将在DSP软件编译环境CCS3.3中将汇编语言、C语言或其他高级语言编写的通讯系统软件程序进行编译、调试，最后将调试好的程序烧写到硬件电路中，完成通讯系统整体调试和验证。
2.1 硬件电路设计
TMS320F2812的eCAN总线控制器的逻辑电平均采用LVTTL方式，因为LVTTL方式的电压多为低电压，如3.3V、2.5V等，这样不但可以降低功耗也可以缩小电路体积。为了实现eCAN模块与CAN物理总线之间的电平匹配，选用SN65HVD230作为转换器，该芯片具有差分收发能力、抗干扰能力强和收发速率快等特点，更好的符合矿用隔爆型电磁起动器通讯系统的信息传输要求。
总线末端连接120Ω电阻R1和R2，用于传输线的阻抗匹配，增加通讯系统的抗干扰能力，CAN总线与DSP之间连接电路如图1所示。
2.2 软件程序设计
在使用CAN通讯前需要对其进行初始化操作，具体步骤为：使能CAN模块时钟；设置CANTX和CANRX作为通信引脚；复位后将CCR位和CCE位置1，允许用户配置位时间配置寄存器；使用适当值对CANBTC进行配置，确认TSEG1和TSEG2不等同于0；编程接收屏蔽寄存器（标准CAN模式）；编程主控制寄存器；清零MSGCTRLn寄存器所有位进行初始化；检查CCE是否清零，假如被清零表明CAN模块配置完成。
eCAN模块消息接收时，挂起寄存器（CANRMP）相应的标志位置位，同时会使相应的中断标志位置位产生中断，然后CPU可以读取接收邮箱数据寄存器中接收到的数据。eCAN模块发送消息过程主要包括系统初始化、邮箱初始化、发送传输设置以及等待传输响应等几个步骤，具体发送流程如图2所示。
图2 CAN通讯消息发送流程图
三、结束语
矿用隔爆型电磁起动器通讯系统将DSP的eCAN通讯模块运用到煤矿井下数据传输技术中，能够实时将DSP控制器采集的电动机状态信息发送给上位机，上位机对数据计算和分析，通过CAN总线将动作指令发送给控制器，提高井下电动机运行的稳定性和安全性，减少井下生产事故，降低安全生产的事故和保障人民生命财产安全具有重要的意义。
参 考 文 献
[1] 李光范，高克利等.智能电网控制技术及其发展.科技导报，2010，28（23）：113-117.
[2] 疏礼春.煤矿顶板动态在线监测系统.煤矿安全，2012（43）10：92-96.
[3] 孟永鹏，贾申利，荣命哲.真空断路器机械特性的在线监测方法.高压电器，2006，42（1）：31-34.
作者：张秋琳
CAN总线技术煤矿安全论文 篇3：
应用于安全监控系统的CAN智能节点设计
[摘 要] 由于矿井开采深度不断增加,井下地质条件更加复杂。自然灾害等因素严重影响到煤矿安全生产和人身安全,其中最重要的一环就是对环境条件的监测随着计算机网络的普及应用，人们从过去主要是对计算机监控系统监控功能的关注，转移到对其数据传输功能的关注。人们越来越重视数据的传输，人们希望通过互联网能在世界的任何角落及时观察到生产现场的各种状态数据。目前使用的监控系统传感器信号向分站传输大都采用200－1000Hz频率制式，当大型电器设备启动和停止时会释放出极其强烈的电磁脉冲辐射，强干扰脉冲能在瞬间完全淹没传感器信号，结果就造成了"冒大数"现象。使得误报警严重，极大损害了监控设备的可信度。针对这种情况利用数字信号抗干扰能力比较强，而提出设计一种能把频率信号转换成CAN信号的智能节点，解决频率量在长距离传输易受干扰的情况。
[关键词] CAN 安全监控 智能节点
1、目前煤矿安全监控系统的传输系统存在的问题：
煤矿具有生产环节多、大型机电设备多、环境条件恶劣等特点，容易出现突发性事故。为了确保煤矿安全生产、提高劳动效率、节约成本，监测监控系统在煤矿得到愈来愈广泛的应用。煤矿安全监控系统在我国已经有多年的研究及应用，但其传输技术一直是系统研究中的薄弱环节，随着网络技术的发展，安全监控系统的数据传输的重要性日益突出。目前煤矿安全监控系统中所采用的传输技术，存在着以下几个方面的问题需要进一步解决：
1.1信号抗干扰能力差
使用的监控系统传感器信号向分站传输大都采用200－1000Hz频率制式，分站采用脉冲计数方式工作，抗干扰防卫能力很差，遇有线路接触不良或电磁干扰就会造成假象信号。煤矿井下特殊狭小的现场环境，传感器连线与动力电缆很难分开铺设，有些地方干脆就是挂在同一个电缆挂钩上，大型电器设备启动和停止时会释放出极其强烈的电磁脉冲辐射，强干扰脉冲能在瞬间完全淹没传感器信号，结果就造成了“冒大数”现象。井下分站和地面计算机根本无办法识别这些干扰信号，常使系统频频发生误报警，造成难以克服的“大数干扰”，这种干扰问题普遍存在于目前使用的各种系统中。
1.2传输速率慢
为了克服脉冲干扰，许多系统都采用软件干扰滤除方法，即把传感器多次采集结果进行比较，经过多个采集周期后才能确认超限信息的“有效性”，为了加强滤除干扰能力，需要反复进行多次过滤，结果带来的是系统反应迟钝，断电闭锁动作缓慢，使真实超限的数据迟迟不能正确反映上来，根本无法达到煤矿安全监控标准30秒的最低要求。
1.3缺乏统一的通信协议标准和网络结构。
目前国内生产的安全生产监测监控系统多为封闭系统，系统中使用的通信协议和信息交换标准都是由厂商自己制定的，协议和标准在严格保密，互补兼容上与其它系统联网很困难，难以做到数据共享。网络结构和通信模式多样，也不规范。每种系统都需要建立自己的通讯网络，造成重复投资，通信资源利用率低下。
2、CAN总线技术的问题解决方案：
针对数据传输和升级维护方面的缺点，本文提出了采用CAN总线技术的解决方案。本文着眼点在于在煤矿井下安全监控系统中采用现场总线技术实现数据传输，以进一步提高数据传输速率和可靠性。
现场总线技术由于其自身的特点，比较适合煤矿应用。目前在煤矿应用现场总线技术的一大障碍就在于煤矿井下技术的封闭性。各种监控系统自成体系，传感器、分站、主站、信号形式、传输方式等都不一致。结合煤矿监控系统实际，比较适用的现场总线有Bitbus、Dupline和CAN。其它几种总线主要是针对近距离通信传输的工厂自动化和仪表自动化开发的。Bitbus总线的通信协议为主从式，传输距离仅1200m。Dupline系统组成简单、信息传输距离长达10km和采用自由网络拓朴结构，但是其系统容量太小。CAN的多主结构、理论无限的节点容量（不存在物理站点编号问题）、位仲裁的总线分配、介质访问技术、额定最大速率1Mbps的传输速率及在5kbit/s传输速率下可无中继传输10公里的传输距离等特点，都非常适用于煤矿井下安全监控系统的组成特点和传输要求。CAN的主要优点体现在：
（1）可以多主方式工作，利用这一特点可方便地构成地面中心站多机冗余或井下分站间直接通信；
（2）网络上的节点可分成不同的优先级,利于重要信息的优先存取和控制；
（3）采用非破坏性总线裁决技术，大大提高了信息传输效率；
（4）可以点对点、一点对多点成组及全局广播几种方式传送数据；
（5）通信距离最远可达10km／5kbit/s；
（6）网络上最多可接2032个主、从节点，监控容量极强；
（7）采用短帧结构，每一帧的有效数据字节数为8个，因此传输时间短，受干扰的概率低，重发的时间短；
（8）每帧信息都有CRC校验，数据出错率极低；
（9）物理层协议简单灵活，通信介质无特殊要求，采用廉价的双绞线即可，通信电缆更佳；
（10）网络上节点错误严重时，具有自动关闭各自总线的功能，确保总线上的其它节点和操作不受影响。
综上所述，CAN总线具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好、价格低廉等优点，克服了传统的煤矿传感器信号传输的缺陷，能够满足矿井监控系统对传感器的要求。因此将CAN总线通信方式利用在矿井传感器通信设计上具有重要意义。
3、CAN总线的系统构成
本课题主要负责的设计就是完成对CAN智能节点的设计，该节点主要功能是完成对传感器（甲烷传感器、温度传感器、风速传感器、馈电传感器等）的状态量的采集，并将采集的数据发送到CAN总线上，由此可以看出CAN总线智能节点在分布式控制系统中起着承上启下的作用。它位于传感器和执行机构所在的现场，一方面和上位机（PC或者工控机）进行通信，以完成数据交换；另一方面又可根据系统的需要对现场的执行机构或者传感器进行控制和数据采集。
由于CAN总线采用多主方式工作,可挂多达110个节点。控制系统的构成由计算机和智能节点组成,如图1所示:
图1 CAN总线的系统构成
DCS控制系统不一样的是它的拓扑结构。不是所有的下位机以上位机为中心,而是所有的节点包括上位计算机都以“平等主体”的形式挂接在总线上。智能节点能够采集现场数据,并根据接收到的命令或者主动将数据发送到CAN总线。通过事先设置验收码和验收屏蔽码可以控制智能节点从总线上接收哪些数据或命令。如果某些数据需要进一步复杂的处理,则上位计算机可以从总线上接收数据。当上位机需要对某个节点施加控制动作时,可以采用点对点方式与该节点通讯;而当它要同时对所有节点施加控制动作时,可以采用广播方式将命令发送到总线。这样当系统正常运行时完全可以没有上位机的参与。大大减少了数据的传输量,同时提高了系统的实时性和可靠性。
作者：陈广辉 陈新华