EPA藍牙通信在礦井測控系統中的應用

高亞蘭

摘 要：由于煤礦井下通信進行以太網組網時仍然需要布線，限制了現場設備的移動和網絡重組。藍牙無線通信技術具有安全性高，抗干擾性強，組網靈活的特點，替代傳統以太網組網的通信技術成為必然趨勢。本論文研究的礦井測控系統，將EPA藍牙通信模塊嵌入到礦井的現場設備中，實現了煤礦產業的自動化生產。

關鍵詞：以太網；藍牙；EPA；測控系統

The EPA bluetooth application in mine

measurement and control system communication

GAO Ya-lan（Institute of Electrical and Information Engineering

of Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）

Abstract：To Ethernet network in coal mine underground communication need wiring， limits the movement of field devices and network restructuring. Bluetooth wireless communication technology has high security， strong anti-jamming， flexible networking characteristics of alternatives to traditional Ethernet network communication technology become an inevitable trend. Mine measurement and control system are studied in this paper .The EPA bluetooth communication module embedded in the mine field devices realize the automation of the coal industry production.

Key words：Ethernet；bluetooth；EPA；measurement and control system

在現代自動化技術中，無論是測控技術，數據采集技術還是過程控制技術，都離不開單片機。由于單片機技術的快速發展，工業自動化的體系結構產生了巨大的變化。用多片單片機構成分布式測控系統，使工業自動化的研究提高到了一個新的臺階。煤礦井下作業因為遠離地面， 地下環境復雜，環境惡劣，還存在一些不可預知的環境，很容易發生事故，因此煤礦產業實現自動化生產是具有重大意義。在控制系統中，在不同的軟件設備中分布著各個軟件對象模塊，對象模塊之間通過通信網絡互相連接，構成了一個完整的應用控制程序。隨著單片機的高速發展，分散的設備的處理能力得到不斷的增強。由于分布式設備和工具的應用具有的性能有著和集中式應用一樣的作用，控制系統中的所有對象和數據在任何時間都可以被任何設備訪問。EPA使很多成熟的IT技術在工業控制系統中得到應用，并且利用確定性通信調度策略和穩定、高效、標準的以太網，為適用于現場設備的實時工作建立了一種全新的標準。EPA分布式控制系統的發展和應用使煤礦實現現代化的自動化安全生產實現可能。針對礦井下復雜的環境，本文主要研究了通過藍牙通信技術的無線通信功能，將以太網與EPA藍牙通信技術相結合的方法。

1 系統硬件結構

本論文的礦井測控系統由基于EPA協議的藍牙通信模塊組建而成，系統主要由EPA網橋，基于藍牙通信的現場設備，藍牙接入點等組成。系統的硬件結構圖如圖1所示。

通過“藍牙”技術的面向底層控制設備的雙向數據傳輸，嵌入式藍牙通信模塊成功的嵌入到礦井下的多種現場設備中。

EPA網橋是專門為EPA數據包設計的數據轉發設備，它具有兩個甚至多個網絡接口，將多個網絡互連起來，為彼此間提供了透明的通信。此網橋集成BNC和A13I10，ET收發器、接口之間的自動檢測功能，避免了由于以太網頻道爭奪特性導致的讀出多路存取協議的問題，因而不會發生采用一般交換機在報文轉發時所出現的廣播風爆。

基于藍牙通信的嵌入式EPA現場設備可以把藍牙通信模塊嵌入到現場設備中，在模塊設計時要考慮到以下因素：

（1）系統擴展：所設計的模塊應能支持產品升級與功能擴展。

（2）系統配置：按照系統功能要求配置外圍設備。

（3）程序效率：外部設備和外部事件盡量采用中斷方式和CPU聯絡。

（4）抗干擾性：簡化器件，器件越多，器件之間的相互干擾越強。

2 藍牙通信塊的硬件方案

藍牙通信模塊主要由微控制器，藍牙芯片及存儲器RAM組成。

藍牙通信模塊中微控制器選用美國ATMEL公司的AT89C51芯片，AT89C51是一個低功耗，高性能的含有4K字節閃爍存儲器的8位CMOS單片機，時鐘頻率高達20MHZ，與MCS-51的指令系統和引腳完全兼容。閃爍存儲器允許在線（+5V）電擦除，電寫入或使用。此外，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，支持由軟件選擇的兩種掉電方式，掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位，非常適合電池或者有低功耗要求的場合。AT89C51芯片內的4K字節閃爍存儲器可在線編程和使用編程器重復編程。AT89C51具有兩個優先級嵌套中斷結構，一個可編程全雙工串行口，可尋址64K字節外部數據存儲器和64K字節外部程序存儲器空間的控制電路。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串口通信口及中斷系統繼續工作。硬件原理框圖如圖2

現場設備之間可實現串口全雙工通信，藍牙通信模塊用來與現場設備進行連接：系統上電復位后，首先完成藍牙模塊的初始化，現場設備所測的數據通過串口傳送給藍牙的CPU，現場設備在它的通信網絡覆蓋范圍內搜索另一現場設備。當另一現場設備接收到上位機藍牙模塊發送的控制命令后，完成與上位機的建立連接，數據傳輸，斷開連接等操作。

3 結束語

本文設計的EPA藍牙測控系統使煤礦實現現代化的自動化安全生產實現可能。將藍牙通信模塊成功嵌入多種現場設備中，通過EPA網橋實現設備之間的透明通信，大大提高了系統的安全性和穩定性，使煤礦的安全生產大大的提高。

[參考文獻]

[1]馬金山，姚兆建.基于網絡的煤礦機械模型庫系統的研究和開發.煤礦機械，2011（11）：216-217.

[2]謝凱東，盧山.一種高可用性的冗余工業實時以太網設計[J].儀器儀表學報，2010：704-706.

[3]IEC PAS.用于工業測量與控制系統的EPA系統結構與通信規范[S]，2005（06）：41-42.

[4]James H.Christerisen Basic Concepts of IEC 61499 Distributed Automation，2006：6-7.