煤矿监控系统嵌入式智能监控技术与设备研究

 

1.2 结构设计

考虑到煤矿使用环境特点，嵌入式视频摄像仪采用分体式结构，上部主机电路设计为本安电路，所需输入电源为本安电源。机箱设计主要考虑防尘防潮方面的特点；下部电源电路采用本安胶封设计，输出各路电源通过本安处理，以满足其本安特性。结构设计为隔爆型外壳。

2 支持宽带接入技术的监控分站开发

2.1 电路设计

对于宽带快速反应煤矿监测监控系统，其主要监控分站也应支持宽带接入能力，同时应具有采集多信息的能力，因此电路设计构架采用高性能的处理技术。分站以单片微处理器为主要部件，具有数据采集、存储、处理、显示、断电控制、红外遥控及远距离通讯等功能。可以连续监测矿井的各种环境参数及设备开停状态，如瓦斯、风速、一氧化碳、负压等，分站和地面监控中心站可进行双向通讯，及时将监测到的各种环境参数、生产状态传送给地面中心站，并执行中心站发送的各种命令。

该设备是专为研究其接入工业以太环网平台技术开发设计，为了适用煤矿特殊环境，将监控分站根据容量大小设计为大中型二种系列（两种分站的电路和程序完全相同，唯一区别是传感器输入通道数量有一定的差异）。由于分站功能多，处理任务繁重，实时性要求高。同时，既要与地面监控主机进行双向数据通讯，又要与总线型智能传感器进行数据通讯，由单片微处理器已不能胜任。因此，设计采用双CPU结构，两块CPU之间以双端口进行数据交换。

监控分站由一个以高性能单片机CPU为核心的微型计算机系统，由数据采集、显示、控制、存储、红外遥控、通讯、看门狗等主要功能电路组成。主要通过主板、通讯板和引线板3块电路板形成有机整体。其中主板为主控电路；通讯板用于与地面中心站的数据通讯；引线板用于分站与外部接线的连接。如图2。

 

2.2 软件设计

监控分站的通讯软件必须同样支持两种通讯方式，监控软件根据通讯方式不同，开发了适应多主并发通讯的宽带TCP/IP通讯软件程序和适应总线通讯方式的分站监控程序。但两种程序除了数据通讯部分程序有区别外，其他分析、处理、显示、控制程序完全一样。监控分站主程序由初始化程序、主循环分析处理显示控制程序、数据通讯程序组成。数据通信程序又分为3部分：通讯初始化、数据发送和数据接收。通讯初始化程序放在主程序开始部分，而数据发送和数据接收采用中断方式，以提高程序运行效率。监控分站软件开发工具采用高效的C51语言进行编程开发。

2.3 结构设计

分站工作电源，由其配套的电源箱提供，分站与电源采用组合设计，使用中既可分体，也可一体。上部主机电路设计为本安电路，所需输入电源为本安电源。机箱设计主要考虑防尘防潮方面的特点，外壳结构采用箱体、翻盖式结构，并设计防尘、防水槽和电缆连接保护翼，使外壳结构美观、牢固，易于维护。下部电源箱电路采用隔爆设计，输出各路电源通过本安处理，以满足其本安特性。

2.4 主要性能

监控分站的主要性能有：能对多通道、多种制式的传感器信号进行采集；具有独立的超限判别，并进行断电的功能；能通过遥控器，对分站进行预置，可脱机使用；能接受地面中心站的各种控制命令，进行相应的工作；能向地面中心站发送分站采集的数据和状态信号；分站电源箱带备用电池，当交流电网断电时，采用备用电池供电，可保证分站连续至少工作2小时；分站具有红外遥控设置功能，可就地进行手动初始化设置；为传感器提供最多八路18V/360mA的本质安全性电源；分站工作12V/200mA；符合矿井环境需要，耐压、耐腐蚀、防潮和密封。　　　　

3 结论

我国煤矿监控技术已经完成了引进、吸收、自主开发的过程，但是，我国监控系统缺乏高速、可靠的系统平台，监控系统网络传输速度慢，故障率高，监控系统技术水平与安全生产要求之间还存在着较大的差距。本论论述的嵌入式智能监控技术被用于新一代的监控系统中，开发了智能监控分站，使其适应工业以太网+CANBUS现场总线的大容量、宽带信息光纤传输要求，使监控系统可以实现数据、图像及语音多媒体信息实时宽带传输，提高了监控系统的反应速度及可靠度，为煤矿安全生产提供强有力的保障。