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1.1 目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)存在的問題 
　　煤礦生產(chǎn)場所的分布大都在幾公里到幾十公里的范圍，對煤礦生產(chǎn)過程的安全監(jiān)控遍布各個生產(chǎn)場所。對傳輸距離和傳輸速率的改進(jìn)，將提供一個從根本上保障煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控的時效性的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)真正意義的能夠滿足措施及時落實(shí)到位的實(shí)時監(jiān)控。從而極大地提高煤礦安全生產(chǎn)的監(jiān)控力度和監(jiān)控效力，保障人民的生命財產(chǎn)不受損失。
　　煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在我國已經(jīng)有多年的研究及應(yīng)用，但其傳輸技術(shù)一直是系統(tǒng)研究中的薄弱環(huán)節(jié)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾匀找嫱怀?。目前國?nèi)外煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中所采用的傳輸技術(shù)，存在著以下幾個方面的問題需要進(jìn)一步解決：
　　（1）、傳輸速率慢
　　（2）、非標(biāo)準(zhǔn)化
　?。?）、高速傳輸時的傳輸距離短
　?。?）、無中繼連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)少
　?。?）、傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活性差
　　1.2 基于CAN總線技術(shù)的問題解決方案
　　煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，是一種典型的工業(yè)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。與一般工控系統(tǒng)相比，它具有這樣的特點(diǎn)：系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備分散距離遠(yuǎn)，節(jié)點(diǎn)設(shè)備動態(tài)變化頻繁，環(huán)境要求防爆。
　　CAN的多主結(jié)構(gòu)、理論無限的節(jié)點(diǎn)容量（不存在物理站點(diǎn)編號問題）、位仲裁的總線分配和介質(zhì)訪問技術(shù)和額定最大速率1Mbit/s的傳輸速率（實(shí)際傳輸速率在器件和線纜性能允許的情況下可以超過這個速率）以及在5Kbit/s傳輸速率下可無中繼傳輸10公里的傳輸距離等特點(diǎn)，都非常適用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的組成特點(diǎn)和傳輸要求。
　　基于CAN總線的煤礦安全監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、監(jiān)控分站節(jié)點(diǎn)內(nèi)傳輸電路設(shè)計(jì)、分支中繼電路設(shè)計(jì)和傳輸程序設(shè)計(jì)。
　　1.2.1 基于CAN總線的井下安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　整個煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由地面中心站、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)站、分支中繼器、井下監(jiān)控分站和各種傳感器以及通信介質(zhì)，共六個部分組成。其中中心站負(fù)責(zé)接收、存儲和顯示從井下監(jiān)控分站傳來的各種井下生產(chǎn)環(huán)境安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，并通過各個井下分站發(fā)送各種配置命令和對現(xiàn)場設(shè)備的控制命令;井下分站負(fù)責(zé)從傳感器收集數(shù)據(jù)、和地面中心站通信、輸出各種控制信號和在需要的地方同時充當(dāng)分支中繼器;網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線協(xié)議和中心站計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換;分支中繼器在需要的地方完成通信線路的分支、中繼和介質(zhì)信號的轉(zhuǎn)換;傳感器負(fù)責(zé)收集各種現(xiàn)場環(huán)境安全監(jiān)控數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù);通信介質(zhì)負(fù)責(zé)安全監(jiān)控系統(tǒng)各設(shè)備的連接和信息的傳遞。整個系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)采用CAN總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個監(jiān)控系統(tǒng)分三級結(jié)構(gòu)：中心站——井下分站——傳感器。

　　圖1 是帶有中繼器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的組成原理圖。圖中的傳輸系統(tǒng)采用CAN現(xiàn)場總線技術(shù)。通信光纖/電纜上傳輸基帶信號，節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸采用CAN協(xié)議。

圖1帶有中繼器的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的組成原理圖
　　1.2.2 安全監(jiān)控分站中CAN總線傳輸電路的設(shè)計(jì)
　　井下安全監(jiān)控分站是整個安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)收集和處理現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等方面的安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，并能實(shí)現(xiàn)就地控制設(shè)備。它更是傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，各種數(shù)據(jù)的收發(fā)都要通過它的傳輸電路進(jìn)行。圖4是整個監(jiān)控分站的原理設(shè)計(jì)。

圖2 基于CAN總線技術(shù)的監(jiān)控分站結(jié)構(gòu)圖
　　1.2.3 基于CAN總線的多功能分支中繼電路的設(shè)計(jì)
　　分支中繼電路完全工作于CAN總線傳輸網(wǎng)絡(luò)的物理層，就是負(fù)責(zé)CAN信號（NRZ碼）的分接、中繼和光電轉(zhuǎn)換。

圖3 多功能光電分支中繼器的原理圖
　　由于要滿足CAN總線的按位仲裁功能的實(shí)現(xiàn)，所以在分支中繼電路中要包含能夠?qū)崿F(xiàn)差分輸入輸出并能實(shí)現(xiàn)信號“線與”的CAN驅(qū)動電路，本電路設(shè)計(jì)中選用最常用的CAN驅(qū)動電路PC82C250芯片。由于“線與”功能是靠電氣連接實(shí)現(xiàn)的，所以在設(shè)計(jì)光/電分支中繼的時候，必須將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過兩片CAN驅(qū)動電路PC82C250的連接實(shí)現(xiàn)“線與”。