高亞蘭

摘 要：由于煤礦井下通信進(jìn)行以太網(wǎng)組網(wǎng)時(shí)仍然需要布線，限制了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)重組。藍(lán)牙無線通信技術(shù)具有安全性高，抗干擾性強(qiáng)，組網(wǎng)靈活的特點(diǎn)，替代傳統(tǒng)以太網(wǎng)組網(wǎng)的通信技術(shù)成為必然趨勢(shì)。本論文研究的礦井測(cè)控系統(tǒng)，將EPA藍(lán)牙通信模塊嵌入到礦井的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了煤礦產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；藍(lán)牙；EPA；測(cè)控系統(tǒng)

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(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)中，無論是測(cè)控技術(shù)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是過程控制技術(shù)，都離不開單片機(jī)。由于單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大的變化。用多片單片機(jī)構(gòu)成分布式測(cè)控系統(tǒng)，使工業(yè)自動(dòng)化的研究提高到了一個(gè)新的臺(tái)階。煤礦井下作業(yè)因?yàn)檫h(yuǎn)離地面， 地下環(huán)境復(fù)雜，環(huán)境惡劣，還存在一些不可預(yù)知的環(huán)境，很容易發(fā)生事故，因此煤礦產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)是具有重大意義。在控制系統(tǒng)中，在不同的軟件設(shè)備中分布著各個(gè)軟件對(duì)象模塊，對(duì)象模塊之間通過通信網(wǎng)絡(luò)互相連接，構(gòu)成了一個(gè)完整的應(yīng)用控制程序。隨著單片機(jī)的高速發(fā)展，分散的設(shè)備的處理能力得到不斷的增強(qiáng)。由于分布式設(shè)備和工具的應(yīng)用具有的性能有著和集中式應(yīng)用一樣的作用，控制系統(tǒng)中的所有對(duì)象和數(shù)據(jù)在任何時(shí)間都可以被任何設(shè)備訪問。EPA使很多成熟的IT技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并且利用確定性通信調(diào)度策略和穩(wěn)定、高效、標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，為適用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)工作建立了一種全新的標(biāo)準(zhǔn)。EPA分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用使煤礦實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的自動(dòng)化安全生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)可能。針對(duì)礦井下復(fù)雜的環(huán)境，本文主要研究了通過藍(lán)牙通信技術(shù)的無線通信功能，將以太網(wǎng)與EPA藍(lán)牙通信技術(shù)相結(jié)合的方法。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本論文的礦井測(cè)控系統(tǒng)由基于EPA協(xié)議的藍(lán)牙通信模塊組建而成，系統(tǒng)主要由EPA網(wǎng)橋，基于藍(lán)牙通信的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，藍(lán)牙接入點(diǎn)等組成。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

通過“藍(lán)牙”技術(shù)的面向底層控制設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)傳輸，嵌入式藍(lán)牙通信模塊成功的嵌入到礦井下的多種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。

EPA網(wǎng)橋是專門為EPA數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，它具有兩個(gè)甚至多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連起來，為彼此間提供了透明的通信。此網(wǎng)橋集成BNC和A13I10，ET收發(fā)器、接口之間的自動(dòng)檢測(cè)功能，避免了由于以太網(wǎng)頻道爭(zhēng)奪特性導(dǎo)致的讀出多路存取協(xié)議的問題，因而不會(huì)發(fā)生采用一般交換機(jī)在報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)所出現(xiàn)的廣播風(fēng)爆。

基于藍(lán)牙通信的嵌入式EPA現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以把藍(lán)牙通信模塊嵌入到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，在模塊設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到以下因素：

（1）系統(tǒng)擴(kuò)展：所設(shè)計(jì)的模塊應(yīng)能支持產(chǎn)品升級(jí)與功能擴(kuò)展。

（2）系統(tǒng)配置：按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備。

（3）程序效率：外部設(shè)備和外部事件盡量采用中斷方式和CPU聯(lián)絡(luò)。

（4）抗干擾性：簡(jiǎn)化器件，器件越多，器件之間的相互干擾越強(qiáng)。

2 藍(lán)牙通信塊的硬件方案

藍(lán)牙通信模塊主要由微控制器，藍(lán)牙芯片及存儲(chǔ)器RAM組成。

藍(lán)牙通信模塊中微控制器選用美國(guó)ATMEL公司的AT89C51芯片，AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能的含有4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器的8位CMOS單片機(jī)，時(shí)鐘頻率高達(dá)20MHZ，與MCS-51的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。閃爍存儲(chǔ)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(tài)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(nèi)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(gè)硬件復(fù)位，非常適合電池或者有低功耗要求的場(chǎng)合。AT89C51芯片內(nèi)的4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器可在線編程和使用編程器重復(fù)編程。AT89C51具有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)可編程全雙工串行口，可尋址64K字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K字節(jié)外部程序存儲(chǔ)器空間的控制電路?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串口通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。硬件原理框圖如圖2

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)串口全雙工通信，藍(lán)牙通信模塊用來與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行連接：系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先完成藍(lán)牙模塊的初始化，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所測(cè)的數(shù)據(jù)通過串口傳送給藍(lán)牙的CPU，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在它的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)搜索另一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。當(dāng)另一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接收到上位機(jī)藍(lán)牙模塊發(fā)送的控制命令后，完成與上位機(jī)的建立連接，數(shù)據(jù)傳輸，斷開連接等操作。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的EPA藍(lán)牙測(cè)控系統(tǒng)使煤礦實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的自動(dòng)化安全生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)可能。將藍(lán)牙通信模塊成功嵌入多種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，通過EPA網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的透明通信，大大提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，使煤礦的安全生產(chǎn)大大的提高。

[參考文獻(xiàn)]

[1]馬金山，姚兆建.基于網(wǎng)絡(luò)的煤礦機(jī)械模型庫(kù)系統(tǒng)的研究和開發(fā).煤礦機(jī)械，2011（11）：216-217.

[2]謝凱東，盧山.一種高可用性的冗余工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010：704-706.

[3]IEC PAS.用于工業(yè)測(cè)量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信規(guī)范[S]，2005（06）：41-42.

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