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智能井下分站的研究与实现

张鹏  
【摘要】: 井下分站是煤矿井下安全监控模块与井上安全监控中心之间的传输枢纽,负责井下与中心站之间的数据采集与通讯。分站能否有效工作决定了煤矿安全监控系统能否顺利实现,在煤矿安全监测中发挥着重要的作用。 本课题来源于山东省信息产业厅项目“煤矿安全自动检测、监控及管理系统”。该系统以现有比较成熟、实用、可靠的检测设备为主体,进一步开发和完善矿用防爆工业以太网交换机和井下智能监控分站等关键设备,开发和完善综合信息管理系统,实现煤矿安全管理信息系统的综合智能化辅助决策功能和综合性自动化控制。 本文设计的隔爆兼本安电源输出电压为18V,共有六路本安输出可供分站以及各种传感器使用。 本文设计的井下智能分站作为“煤矿安全自动检测、监控及管理系统”的一个重要的组成部分,以ARM微控制器为核心,以实时操作系统μC/OS-Ⅱ为平台,采用UDP协议实现了分站的网络通信功能,很好的解决了当前煤矿企业安全监控系统通信协议不一致的问题。 在硬件方面,严格按照《煤矿安全监控系统通用技术要求》完成了监控分站的总体硬件设计,并通过驱动网卡芯片RTL8019AS实现了以太网连接。选用PHILIPS公司的32位ARM芯片LPC2214作为分站的主控芯片,它具有16KB的静态RAM和256KB的高速FLASH,包含8路10位A/D,还有多个串行接口,可使用的GPIO高达76个(使用了外部存储器),很好了满足了分站外接传感器的多样化要求。在人机接口方面,系统扩展了LED数码管显示和红外遥控键盘。在通信方面,采用UDP协议与中心站进行通信,将各种传感器数据实时传送到中心站进行复杂的逻辑运算处理,并能够接收中心站下发的各种控制命令和配置。 在软件方面,介绍了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植过程,并在此基础上分析了TCP/IP协议栈的实现;制定了统一的数据交换格式;通信过程中采用了标准的UDP协议;详细介绍了几个主要程序模块的编程思路,如LED显示、外部输入频率信号的测量及数据存储等,并给出了在实际编程过程中遇到的问题以及调试的方法。 本监控分站具有8路A/D数据采集;8路数字量输入;8路控制量输出对外部设备进行远程管理和控制;人机接口提供人机交互界面,提供按键操作和实时数据显示;RS485通信接口负责扩展开关量传感器;网络通信接口负责为各种监测监控系统提供兼容的接入接口;非易失性铁电存储器作为数据存储区以保证掉电后存储数据不丢失。


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