井下人员定位系统中CAN总线接口电路设计

摘　要：摘要：在基于RFID的煤矿井下人员定位系统中使用CAN作为传感网络的总线，针对煤矿的巷道分布复杂以及基于成本等方面的考虑，支线则采用485传输方式，RFID传感器信息通过485传输至总线。在距离较远的大型煤矿或是对传输速率有较高要求的煤矿，则将CAN总线转光纤传输。

关键词：关键词：CAN ；RS485 ；光纤；井下；系统

中图分类号：TP331    文献标识码：A     文章编号：
    1．引言
    CAN是是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准。是国际上应用最广泛的现场总线之一。，因为其高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。比如煤矿井下。
    在井下人员定位系统中，将CAN单独作为监控系统通信显然不妥，它常常作为大系统的分支连线。如何实现CAN总线在井下人员定位系统中的应用；对于大型煤矿，分布式监控系统的总线距离较远，如何采用光纤传输；如何在传输中保证信号稳定、安全且线路简单、造价低廉都是我们值得研究的问题。本文只对CAN总线接口的电路设计作介绍。
    2. CAN总线接口的硬件电路设计
    2．1 CAN模块硬件电路设计

 

    图 1 CAN模块设计图

 
    图2 CAN控制器和CAN隔离收发器
    传输接口与井下通信主站以及井下通信主站之间通过CAN 总线连接, CAN 总线接口电路如图2 所示。CAN控制器MCP2515是带有独立SPI（Searial Peripheral Interface 标准串行外设）接口的独立的CAN控制器，一共18个引脚。它完全支持CAN V2.0B技术规范，能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。自带的两个屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文。   CAN隔离收发器CTM8251AT是一款带隔离的通用CAN收发器芯片，主要功能是将CAN总线的逻辑电平转换为CAN总线差分电平并且具有DC 2500V的隔离功能。
    高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终端会形成反射波，干扰原信号，所以需要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。对于低频信号则不用。本系统CAN总线末端CANLA和CANH之间加上120R的末端电阻。
    2.2 RS485模块的硬件电路设计
                                                                                                      图 3 RS485模块设计图
    RS485采用差分信号负逻辑，＋2V～＋6V表示“1”，- 6V～- 2V表示“0”。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。可实现真正的多点双向通信。
    由于系统的分支在煤矿下面应以距离不足1公里，选择性价比比较高的485方式组成2级分支，RS485最大无中继传输距离可达1200米。典型的单主机多从机结构见图4所示。

 

    图4 典型的单主机多从机结构
    本系统采用两线制半双工通讯方式，采用主机“轮询”，从机“应答”的点对点通信方式；主机使用广播地址发送命令时，从机不允许应答。理论上总线上可以接32个设备，但真正在使用时因为矿用产品的功率限制，总的电流不能大于500mA,所以一个分站接5个天线，最远的两个天线的距离不要超过1公里。
    485通信电缆中的信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。信号这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。
    3. 结束语
    CAN总线应用范围的日趋广泛，能够适应越来越复杂的环境，特别是一些强干扰、远距离、地理分布不均、工作环境恶劣的应用场合。在基于RFID的煤矿井下人员定位系统中使用CAN作为传感网络的总线，针对煤矿的巷道分布复杂以及基于成本等方面的考虑，支线则采用485传输方式，RFID传感器信息通过485传输至总线。
参考文献：
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