CN106706168A - 一种基于arm和can总线的液压支架压力监测平台 - Google Patents
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Abstract
一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其人机交互界面友好，集成了对井下液压支架压力信息的实时监测、历史查询、网络通信等功能，实现了压力监测的智能化、网络化，具有精度高、运行稳定、成本低等优点，能够有效地应用于矿井安全监测系统中。该监测平台具有对工作面液压支架压力的实时监测、数据处理等功能，并且稳定可靠、人机界面友好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，适用于机械领域。
背景技术
液压支架是井下综采工作面的主要支护设备，对其压力数据的实时准确监测可以有效的保障工作面人员、财产安全。目前，国内液压支架压力监测方式主要为两类：(1)人员定期手持采集器进入工作面，对挂接在单个液压支架的监测分站进行压力数据采集，其工作量大、实时眭差，无法实现无人化、智能化。(2)以RS-485总线为通信方式的工控机或平板电脑的监测平台对监测分站采集的压力数据接收处理，但硬件结构复杂、功能冗余、成本高，且由于井下使用，其防爆外壳存在体积过大、散热不理想等问题。
发明内容
随着对井下安全监测系统智能化、网络化的要求越来越高，提出设计了一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，具有对工作面液压支架压力的实时监测、数据处理等功能，并且稳定可靠、人机界面友好等优点。
本发明所采用的技术方案是：
所述监测系统按照结构功能分为3个层级，分别为：信号采集层，监测平台层，网络服务器层。信号采集层主要由压力监测分站和压力传感器构成，压力传感器采集对应支架的支柱压力信号后，压力监测分站将压力数据通过CAN总线传送给中间层的压力监测平台。监测平台层是底层CAN总线网络与上层以太环网的连接设备，承担的功能包括：接收信号采集层上传的数据，进行集中处理显示，并实现超限报警和存储管理。同时，将接收数据进行打包，通过以太网接口发送到以太环网交换机上。网络服务器层主要由网络通信服务器、PC机、上位机软件构成，通过IP地址匹配，对接收到的工作面位置信息、压力信息、报警信息进行存储和整理，井上人员使用上位机软件进行日常监测和管理。
所述压力检测平台以嵌入式微处理器$3C2440为核心，S3C2440是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，满足嵌入式系统高性能、低功耗、小体积、接口丰富的特点要求。其核心RISC处理器实现了MMU、AMBABUS、Haryard高速缓冲。监测平台的硬件结构由电源模块、网络模块、存储模块、显示模块等构成。
所述CAN总线是一种全数字化、双向多主的现场总线。与传统总线相比，CAN总线具有多主结构、系统内数据一致性高、自动关闭错误节点等优点。监测平台采用的是独立CAN控制器MCP2510和高速CAN隔离收发器MCP2551。MCP2510通过SPI接口与处理器进行数据通讯，担负报文的发送、接收、过滤等工作。MCP2551承担节点与总线之间接收和发送电平转换的任务，具有差分发射和接收能力，支持1Mbps的运行速率。S3C2440通过SPI接口与MCP2510通信。CS作为CAN控制器的片选信号输入，MISO和MOSI作为串行数据输入输出引脚分别与CAN控制器的SO和SI相连，CLK作为SPI接口时钟信号与CAN控制器SCK连接，EINTl作为外部中断信号连接到CAN控制器的中断输出INT。CAN总线控制器MCP2510的TXCAN和RXCAN分别连到MCP2551的对应引脚，最终通过收发器接入CAN总线网络。
所述监测平台软件结构主要包括用户空间(应用程序)和内核空间，每个用户空间的进程都使用自己的虚拟地址空间，而内核则占用单独的地址空间。Linux内核子系统由进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信和设备控制组成。设备控制通过底层设备驱动程序实现。平台的用户空间包括显示触摸屏处理、嵌入式数据库、网络通信等模块。以CAN总线驱动程序开发和Qt图形界面设计为例进行监测平台软件的介绍。
所述检测平台使用的CAN控制器MCP2510属于字符设备，它以设备文件方式建立在文件系统目录下。CAN总线设备驱动包括5个部分：驱动模块的加载、卸载、读操作、写操作和对设备的相关控制。首先系统内核注册设备并获取设备号，设备名指向指定file-operations文件操作集，设备结构体进行初始化，其物理地址映射到虚拟地址。接着当检查内存和标识正确后申请硬件中断，进入中断处理函数。此时，由于S3C2440通过SPI接口与CAN控制器通信，所以先后进行SPI和CAN控制器的初始化，然后上层应用程序打开设备文件/dev/CAN时，将该设备结构的指针赋值给设备描述的私有数据区，当读、写操作时，从文件描述符的私有数据区获得设备结构体的指针，成功操作文件。使用完文件后，关闭设备文件，释放占用资源和中断。驱动程序编写完成后，在makefile中指定引用的Linux2.6.30内核源码位置，编译生成candrv.ko驱动模块。将candrv.ko复制到S3C2440的嵌入式Linux文件夹下，进入文件夹目录下执行命令把驱动模块动态载人系统内核，执行主、次设备号的命令，建立CAN设备节点，驱动加载完毕。
本发明的有益效果是：基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其人机交互界面友好，集成了对井下液压支架压力信息的实时监测、历史查询、网络通信等功能，实现了压力监测的智能化、网络化，具有精度高、运行稳定、成本低等优点，能够有效地应用于矿井安全监测系统中。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的分层分布式液压支架压力监测系统结构图。
图2是本发明的监测平台硬件结构图。
图3是本发明的CAN总线接口电路图。
图4是本发明的平台软件结构图。
图5是本发明的CAN驱动工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，监测系统按照结构功能分为3个层级，分别为：信号采集层，监测平台层，网络服务器层。信号采集层主要由压力监测分站和压力传感器构成，压力传感器采集对应支架的支柱压力信号后，压力监测分站将压力数据通过CAN总线传送给中间层的压力监测平台。监测平台层是底层CAN总线网络与上层以太环网的连接设备，承担的功能包括：接收信号采集层上传的数据，进行集中处理显示，并实现超限报警和存储管理。同时，将接收数据进行打包，通过以太网接口发送到以太环网交换机上。网络服务器层主要由网络通信服务器、PC机、上位机软件构成，通过IP地址匹配，对接收到的工作面位置信息、压力信息、报警信息进行存储和整理，井上人员使用上位机软件进行日常监测和管理。
如图2，压力检测平台以嵌入式微处理器S3C2440为核心，S3C2440是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，满足嵌入式系统高性能、低功耗、小体积、接口丰富的特点要求。其核心RISC处理器实现了MMU、AMBABUS、Haryard高速缓冲。监测平台的硬件结构由电源模块、网络模块、存储模块、显示模块等构成。
如图3，CAN总线是一种全数字化、双向多主的现场总线。与传统总线相比，CAN总线具有多主结构、系统内数据一致性高、自动关闭错误节点等优点。监测平台采用的是独立CAN控制器MCP2510和高速CAN隔离收发器MCP2551。MCP2510通过SPI接口与处理器进行数据通讯，担负报文的发送、接收、过滤等工作。MCP2551承担节点与总线之间接收和发送电平转换的任务，具有差分发射和接收能力，支持1Mbps的运行速率。S3C2440通过SPI接口与MCP2510通信。CS作为CAN控制器的片选信号输入，MISO和MOSI作为串行数据输入输出引脚分别与CAN控制器的SO和SI相连，CLK作为SPI接口时钟信号与CAN控制器SCK连接，EINTl作为外部中断信号连接到CAN控制器的中断输出INT。CAN总线控制器MCP2510的TXCAN和RXCAN分别连到MCP2551的对应引脚，最终通过收发器接入CAN总线网络。
如图4，监测平台软件结构主要包括用户空间(应用程序)和内核空间。每个用户空间的进程都使用自己的虚拟地址空间，而内核则占用单独的地址空间。Linux内核子系统由进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信和设备控制组成。设备控制通过底层设备驱动程序实现。平台的用户空间包括显示触摸屏处理、嵌入式数据库、网络通信等模块。以CAN总线驱动程序开发和Qt图形界面设计为例进行监测平台软件的介绍。
如图5，检测平台使用的CAN控制器MCP2510属于字符设备，它以设备文件方式建立在文件系统目录下。CAN总线设备驱动包括5个部分：驱动模块的加载、卸载、读操作、写操作和对设备的相关控制。首先系统内核注册设备并获取设备号，设备名指向指定file-operations文件操作集，设备结构体进行初始化，其物理地址映射到虚拟地址。接着当检查内存和标识正确后申请硬件中断，进入中断处理函数。此时，由于S3C2440通过SPI接口与CAN控制器通信，所以先后进行SPI和CAN控制器的初始化，然后上层应用程序打开设备文件/dev/CAN时，将该设备结构的指针赋值给设备描述的私有数据区，当读、写操作时，从文件描述符的私有数据区获得设备结构体的指针，成功操作文件。使用完文件后，关闭设备文件，释放占用资源和中断。驱动程序编写完成后，在makefile中指定引用的Linux2.6.30内核源码位置，编译生成candrv.ko驱动模块。将candrv.ko复制到S3C2440的嵌入式Linux文件夹下，进入文件夹目录下执行命令把驱动模块动态载人系统内核，执行主、次设备号的命令，建立CAN设备节点，驱动加载完毕。
Claims (7)
1.一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其特征是：所述监测系统按照结构功能分为3个层级，分别为信号采集层，监测平台层，网络服务器层。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其特征是：所述信号采集层主要由压力监测分站和压力传感器构成，压力传感器采集对应支架的支柱压力信号后，压力监测分站将压力数据通过CAN总线传送给中间层的压力监测平台。
3.根据权利要求1所述的一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其特征是：所述压力检测平台以嵌入式微处理器$3C2440为核心，S3C2440是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器，满足嵌入式系统高性能、低功耗、小体积、接口丰富的特点要求。
4.根据权利要求1所述的一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其特征是：所述监测平台的硬件结构由电源模块、网络模块、存储模块、显示模块等构成。
5.根据权利要求1所述的一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其特征是：所述监测平台采用的是独立CAN控制器MCP2510和高速CAN隔离收发器MCP2551，6MCP2510通过SPI接口与处理器进行数据通讯，担负报文的发送、接收、过滤等工作。
6.根据权利要求1所述的一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其特征是：所述监测平台软件结构主要包括用户空间(应用程序)和内核空间，每个用户空间的进程都使用自己的虚拟地址空间，而内核则占用单独的地址空间。
7.根据权利要求1所述的一种基于ARM和CAN总线的液压支架压力监测平台，其特征是：所述CAN总线设备驱动包括5个部分，驱动模块的加载、卸载、读操作、写操作和对设备的相关控制。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108756962A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-11-06 | 西安科技大学 | 一种基于mvc设计模式的液压支架监测方法及系统 |
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2015
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Legal Events
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170524 |
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