CAN通訊技術在煤礦監控系統中的應用研究

胡詩強

摘要：煤礦開采過程中容易發生各種安全事故，嚴重威脅到員工的身心健康，還會造成極大的經濟損失，為了降低煤礦事故的發生，采用監控系統能夠對現場環境狀態進行監測，包括時機械設備運行狀況、井下各種有害物質濃度狀況等進行監測，能夠及時發現煤礦開采過程中的問題，從而作出合理的應對措施降低危險程度。CAN通訊技術的優勢較多，能夠在系統中發揮重要作用。于是文章主要使用視頻監控方式，研究CAN通訊技術在煤礦監控系統中的應用。首先對監控系統的結構進行分析，其中主要包含井下監控系統和井上監控系統，然后對煤礦監控系統中使用的關鍵技術和程序實現方式進行分析，最后對煤礦監控系統進行調試，發現該系統能夠實現高效率錄像功能，且其可靠程度較高、成本較低。

關鍵詞：CAN通訊技術;煤礦監控系統;應用

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）01-0127-04

煤礦屬于我國重要的生產領域，與國計民生有密切的相關性。在煤礦生產過程中，由于其環境較為復雜，容易發生各種安全事故。在煤礦中建設先進的通信網絡，能夠對生產現場進行監測和控制，有助于提高煤礦生產的安全性，并且對煤礦進行監測屬于一個發展趨勢。

如今，在監控系統中需要將各種信號圖像進行傳輸，其中使用的主要介質包含光纖、電纜和雙絞線由于對煤礦進行監控，傳輸距離會非常遠，所以監控系統中選擇光纖作為傳輸方式，因為該傳輸方式能夠將遠距離的信息數據傳送到目的地，所以相比于另外兩種方式，光纖方法在煤礦監控中具有更好的應用效。CAN通訊技術具有較多的優勢，比如數據傳輸實時性、網絡開放性、網絡通訊距離等方面都具有很好的優勢，所以將其應用于煤礦監控系統中能夠提高監控效果，并且也是煤礦行業中首選的設備通信網絡。

煤礦監控系統對視頻采集主要有兩種方式，其中一種方式是通過視頻采集卡中存在的一個軟件開發包SDK進行，這種方式雖然比較簡單，容易操作，但是該方式不能充分滿足各個視頻應用程序的要求，具有比較差的靈活性。另外一種方式為基于VFW進行，該方式能夠提供一系列應用程序編程接口，具有較好的靈活性，能夠滿足程序的開發需求。于是文章將CAN通信技術應用到煤礦監控系統中，能夠實現數據流的壓縮和高效率存儲功能。

1煤礦生產視頻監控系統結構

文章所研究的監控系統屬于一個智能化系統，能夠自動完成對煤礦生產的監控作用。由于煤礦生產中包含地上作業和地下作業，所以在設計監控系統時需要考慮兩個部分，于是該系統中主要包含兩個部分，分別為井上監控系統和井下監控系統，其總體結構如圖1所示。

1.1井下監控系統

攝像機作為井下監控系統的重要組成部分，主要的工作任務為對重要設備的工作狀態進行拍攝，并且對煤礦采掘現場狀態進行拍攝。然后這些視頻數據使用NDT CV4102ST/R視頻光端機進行傳輸，將其傳輸到PC機上從而對視頻數據進行解碼顯示。而各種環境參數的檢測則是通過使用監測傳感器獲得，并將其信息轉化為4～20mA電流環信號，另外有一個專門對環境參數進行采樣的設備對其進行收集，其中的傳輸方式為電纜集中傳送。于是可得知在環境桉樹模型信號的采集精度受到檢測傳感器、采樣設備和傳送電纜等因素決定。其中采樣設備與CAN網絡進行連接。

1.2井上控制系統

井上監控系統主要包含兩臺計算機進行工作，這兩臺計算機的作用分別是作為圖像平臺和控制平臺。控制平臺的計算機中使用虛擬串口軟件，并且還會在CAN上連接PC-CAN接口卡和CAN232MB轉換器等設備，從而能夠與RS232設備進行連接，于是可以對井下所有的監控數據進行接收，該計算機就會對這些數據進行控制，并且還能夠對井下監控分站進行傳達指令。另外一臺計算機在光端機的配合使用下能夠完成圖像解碼顯示，其中要方式就是將第一臺計算機中收集到的相關井下數據進行接收，這些數據主要包含著井下溫度、有害氣體濃度、采掘進尺、負壓、瓦斯濃度、粉塵等，然后再PC上能夠實現各種數據的疊加顯示和存儲，達到對不同畫面的查看作用，另外當這些數據指標存在問題時，還能夠起到報警作用，從而能夠及時發現問題，采取相應措施，降低事故危險程度。

2關鍵技術的實現方式

2.1光纖圖像數據通信方式

在煤礦監控系統中最重要的一個部分為視頻數據采集系統，只有采集到準確的數據之后才能達到監控的目的。其中構成部件主要包含PV CAN接口卡和PC機插視頻卡。然后再井下安裝四個攝像機，還有不同的傳感器設備。在CAN網絡中使用光纖作為物理層，傳感器則使用轉換器將信息數據傳到控制臺中，于是可以利用PC上VC應用程序達到對井下進行控制監控的目的，并且可以對數據進行存儲。圖2即為視頻數據采集系統的結構圖。

2.2視頻采集的實現方式

在視頻采集過程中需要使用的采集卡為大恒DH-VT142，該采集卡正好符合文章所設計的監控系統的要求，為了增強系統的采集速度，其中數據存取通道使用的是新型PCI-E x1總線。圖3即為視頻采集的基本實現方式。

2.3虛擬串口的實現方式

為了能夠實現虛擬串口軟件，主要做法就是在Pc上建立一個或者多個虛擬串口。虛擬串口的操作方式并不會存在差異，其操作與真實串口一樣，只是在應用過程中，需要對其軟件內部進行調用。Pc連接接口卡之后，串口通信數據會進行傳輸，從而傳到CAN網絡中，并且這些數據會被轉化為CANA網關，然后還需要對其進行轉化為原來的RS232串口數據，這樣的轉換過程即可實現煤礦監控過程中遠程操作，達到了一定的無縫透明銜接，從而使其與本地串口之間并沒有多大的區別。另外，在實現虛擬串口時操作方式也比較簡單，一般f青況下，當需要使用遠程虛擬串口時，則需要將PC串口程序進行升級，其中只需要將軟件中的操作串口號進行改變，于是在煤礦監控系統中實現虛擬串口相對比較容易，并不需要重新編寫程序。圖4即為虛擬串口軟件的設置方式。

2.4分布式CAN控制系統實現方式

在煤礦監控系統中，其中控制系統整體網絡的方式必須是總線型，如果支線長度超過了0.3m，這需要使用CAN網橋，為了避免系統的復雜性，一般情況下在設計過程中要求其支線長度不能大于0.3m。另外，在設置終端電阻的位置時，將其安裝到總線最長的兩端。然而在通訊系統中，如果能夠合理的利用CAN網橋，那么更有利于在井下對礦道的布線，一個最適合的布線方式能夠提高與CAN總線的連接程度，從而使得數據傳輸更加的高效，在此控制系統上還需要和井上的CAN轉換器進行結合使用，共同達到通信的目的，并且構成有效的煤礦監控系統。

3程序的實現

為了能夠使得煤礦監控系統發揮作用，使用co.dec編碼器進行編碼。首先需要對其進行安裝，然后對MPEG-4Codec進行調用，然后還需要對提供相應的設置選項，作用在于對制定出相關的壓縮參數，這種操作會非常的方便。完成安裝之后，于是可以在計算機的控制面板中能夠看到視頻編碼解碼器。

信息數據在存儲時以疊加方式進行存儲，且其文件形式為AVI文件，其功能的實現需要使用到不同的函數，比如OnViStart函數、OnSnapExChange函數和SnapThread-Call-backEx函數等。

OnViStart函數的主要作用是對視頻幀計數標記值和AVIFILE庫進行初始化處理，從而生成一個AVI視頻文件，使用OnViStart函數時并不是全部進行使用，只需要調用AVI文件的處理函數和宏定義。從而可以實現對視頻進行定義和填充，還具有文本數據流結構、文本流接口、數據緩沖區、數據采集和創建視頻等功能。

通過上述函數能夠完成數據的初始化處理，然后再將采集的圖像到內存控制中，其中需要對用戶參數和回調函數SnapThread-Call-backEx進行指定。Snap.Thread-Call-backEx的主要作用在于用戶能夠在其中發送自定義消息，然后將其傳到主窗口中，并且此時還會將需要處理的圖像序號傳人到其中，于是可以為后續完成數據的處理做好準備。

OnSnapExChange函數的主要作用就是對采集的視頻數據進行疊加處理，也是系統實現的主要程序，首先需要對制定位置的靜態內存進行鎖定，其中鎖定的大小主要由圖像大小進行決定，另外還需要進行偏移處理，確定偏移大小主要由圖像序號和圖像大小進行決定，在鎖定制定位置的靜態內存時不會受到時間的限制，隨時都可以進行，然后使用pLinearAddr指針訪問相應的內存即可。在訪問過程中需要將靜態內存中的圖像傳遞到用戶緩沖區，因為此時的圖像不符合格式要求，在緩沖區的目的有助于使圖像進行格式轉換。一般情況下，當其圖像的位數為15、16和32時，需要將其變為24位。由于此時采集的圖像數據其存放狀態屬于正向，然而計算機在對位圖數據進行處理時其存放狀態為倒置，所以還需要對圖像數據進行處理，從而符合倒置的存放狀態，轉為倒置的過程中需要使用的函數為CGDataTransform。完成上述步驟之后，在視圖客戶區就可以顯示出圖像，此時還需要對當前的壓縮文件進行判斷，看其是否能被系統支持，判斷過程中使用的程序為ICCompressQuery。然后當ICCompress完成執行任務之后，于是就可以調用AVIStreamWrite函數，調用中將會使用幀數遞增的方式，AVIStreamWrite函數的主要作用在于針對相同的起始幀將文本流和視頻流寫人其中，完成該步驟之后，還需要將采集的圖像到內存控制進行關閉，其中使用的函數為CGCloseSnapEx（m-hc），然后再將圖像卡資源進行釋放，完成上述程序之后，最后的步驟就是將文件進行關閉，并且清除變量。圖5即為軟件設計流程圖。

4調試

煤礦在開采過程中，其井下環境非常復雜，且所處位置也比較偏，其布線距離比較長，最長距離達到3～lOkm。于是在設計CAN總線施工時，需要對其特性進行詳細了解，并且在設計時需要結合煤礦當場環境，從而確定出合理的布線方式。為了能夠使得整個網絡具有非常穩定的效果，布線過程中可以相應的增加一些總線分割設備。

在應用煤礦監控系統時，其中使用了不同種類的傳感器，在使用之前，必須對其進行定期校正處理，并且在有關規定出，明確確定了某些傳感器的校正間隔時間，比如甲烷傳感器，必須每隔7d就校正一次。

通過將煤礦監控系統在實驗室Pc機Windows平臺中進行運行，實驗結果為運行效果良好，能夠通過攝像機將信息數據高效率傳輸到計算機中，從而達到監控效果，且運行效果比較穩定。

5結語

文章通過使用cAN通訊技術建立煤礦監控系統，整個系統具有效率高、穩定性好、成本低等優勢，能夠在煤礦開采過程中起到監控作用，從而提高企業安全生產水平和監管力度。然而該系統的性能需要在長期的應用過程中不斷進行優化，才能夠在煤礦監測中具有更為長久的應用，使得煤礦企業具有更大的經濟效益，并且提高生產安全性。