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摘 要：由于煤矿井下通信进行以太网组网时仍然需要布线，限制了现场设备的移动和网络重组。蓝牙无线通信技术具有安全性高，抗干扰性强，组网灵活的特点，替代传统以太网组网的通信技术成为必然趋势。本论文研究的矿井测控系统，将EPA蓝牙通信模块嵌入到矿井的现场设备中，实现了煤矿产业的自动化生产。
关键词：以太网；蓝牙；EPA；测控系统
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
在現代自动化技术中，无论是测控技术，数据采集技术还是过程控制技术，都离不开单片机。由于单片机技术的快速发展，工业自动化的体系结构产生了巨大的变化。用多片单片机构成分布式测控系统，使工业自动化的研究提高到了一个新的台阶。煤矿井下作业因为远离地面， 地下环境复杂，环境恶劣，还存在一些不可预知的环境，很容易发生事故，因此煤矿产业实现自动化生产是具有重大意义。在控制系统中，在不同的软件设备中分布着各个软件对象模块，对象模块之间通过通信网络互相连接，构成了一个完整的应用控制程序。随着单片机的高速发展，分散的设备的处理能力得到不断的增强。由于分布式设备和工具的应用具有的性能有着和集中式应用一样的作用，控制系统中的所有对象和数据在任何时间都可以被任何设备访问。EPA使很多成熟的IT技术在工业控制系统中得到应用，并且利用确定性通信调度策略和稳定、高效、标准的以太网，为适用于现场设备的实时工作建立了一种全新的标准。EPA分布式控制系统的发展和应用使煤矿实现现代化的自动化安全生产实现可能。针对矿井下复杂的环境，本文主要研究了通过蓝牙通信技术的无线通信功能，将以太网与EPA蓝牙通信技术相结合的方法。
1 系统硬件结构
本论文的矿井测控系统由基于EPA协议的蓝牙通信模块组建而成，系统主要由EPA网桥，基于蓝牙通信的现场设备，蓝牙接入点等组成。系统的硬件结构图如图1所示。
通过“蓝牙”技术的面向底层控制设备的双向数据传输，嵌入式蓝牙通信模块成功的嵌入到矿井下的多种现场设备中。
EPA网桥是专门为EPA数据包设计的数据转发设备，它具有两个甚至多个网络接口，将多个网络互连起来，为彼此间提供了透明的通信。此网桥集成BNC和A13I10，ET收发器、接口之间的自动检测功能，避免了由于以太网频道争夺特性导致的读出多路存取协议的问题，因而不会发生采用一般交换机在报文转发时所出现的广播风爆。
基于蓝牙通信的嵌入式EPA现场设备可以把蓝牙通信模块嵌入到现场设备中，在模块设计时要考虑到以下因素：
（1）系统扩展：所设计的模块应能支持产品升级与功能扩展。
（2）系统配置：按照系统功能要求配置外围设备。
（3）程序效率：外部设备和外部事件尽量采用中断方式和CPU联络。
（4）抗干扰性：简化器件，器件越多，器件之间的相互干扰越强。
2 蓝牙通信块的硬件方案
蓝牙通信模块主要由微控制器，蓝牙芯片及存储器RAM组成。
蓝牙通信模块中微控制器选用美国ATMEL公司的AT89C51芯片，AT89C51是一个低功耗，高性能的含有4K字节闪烁存储器的8位CMOS单片机，时钟频率高达20MHZ，与MCS-51的指令系统和引脚完全兼容。闪烁存储器允许在线（+5V）电擦除，电写入或使用。此外，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，支持由软件选择的两种掉电方式，掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位，非常适合电池或者有低功耗要求的场合。AT89C51芯片内的4K字节闪烁存储器可在线编程和使用编程器重复编程。AT89C51具有两个优先级嵌套中断结构，一个可编程全双工串行口，可寻址64K字节外部数据存储器和64K字节外部程序存储器空间的控制电路。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串口通信口及中断系统继续工作。硬件原理框图如图2
现场设备之间可实现串口全双工通信，蓝牙通信模块用来与现场设备进行连接：系统上电复位后，首先完成蓝牙模块的初始化，现场设备所测的数据通过串口传送给蓝牙的CPU，现场设备在它的通信网络覆盖范围内搜索另一现场设备。当另一现场设备接收到上位机蓝牙模块发送的控制命令后，完成与上位机的建立连接，数据传输，断开连接等操作。
3 结束语
本文设计的EPA蓝牙测控系统使煤矿实现现代化的自动化安全生产实现可能。将蓝牙通信模块成功嵌入多种现场设备中，通过EPA网桥实现设备之间的透明通信，大大提高了系统的安全性和稳定性，使煤矿的安全生产大大的提高。
[参考文献]
[1]马金山，姚兆建.基于网络的煤矿机械模型库系统的研究和开发.煤矿机械，2011（11）：216-217.
[2]谢凯东，卢山.一种高可用性的冗余工业实时以太网设计[J].仪器仪表学报，2010：704-706.
[3]IEC PAS.用于工业测量与控制系统的EPA系统结构与通信规范[S]，2005（06）：41-42.
[4]James H.Christerisen Basic Concepts of IEC 61499 Distributed Automation，2006：6-7.
关键词：以太网；蓝牙；EPA；测控系统
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
在現代自动化技术中，无论是测控技术，数据采集技术还是过程控制技术，都离不开单片机。由于单片机技术的快速发展，工业自动化的体系结构产生了巨大的变化。用多片单片机构成分布式测控系统，使工业自动化的研究提高到了一个新的台阶。煤矿井下作业因为远离地面， 地下环境复杂，环境恶劣，还存在一些不可预知的环境，很容易发生事故，因此煤矿产业实现自动化生产是具有重大意义。在控制系统中，在不同的软件设备中分布着各个软件对象模块，对象模块之间通过通信网络互相连接，构成了一个完整的应用控制程序。随着单片机的高速发展，分散的设备的处理能力得到不断的增强。由于分布式设备和工具的应用具有的性能有着和集中式应用一样的作用，控制系统中的所有对象和数据在任何时间都可以被任何设备访问。EPA使很多成熟的IT技术在工业控制系统中得到应用，并且利用确定性通信调度策略和稳定、高效、标准的以太网，为适用于现场设备的实时工作建立了一种全新的标准。EPA分布式控制系统的发展和应用使煤矿实现现代化的自动化安全生产实现可能。针对矿井下复杂的环境，本文主要研究了通过蓝牙通信技术的无线通信功能，将以太网与EPA蓝牙通信技术相结合的方法。
1 系统硬件结构
本论文的矿井测控系统由基于EPA协议的蓝牙通信模块组建而成，系统主要由EPA网桥，基于蓝牙通信的现场设备，蓝牙接入点等组成。系统的硬件结构图如图1所示。
通过“蓝牙”技术的面向底层控制设备的双向数据传输，嵌入式蓝牙通信模块成功的嵌入到矿井下的多种现场设备中。
EPA网桥是专门为EPA数据包设计的数据转发设备，它具有两个甚至多个网络接口，将多个网络互连起来，为彼此间提供了透明的通信。此网桥集成BNC和A13I10，ET收发器、接口之间的自动检测功能，避免了由于以太网频道争夺特性导致的读出多路存取协议的问题，因而不会发生采用一般交换机在报文转发时所出现的广播风爆。
基于蓝牙通信的嵌入式EPA现场设备可以把蓝牙通信模块嵌入到现场设备中，在模块设计时要考虑到以下因素：
（1）系统扩展：所设计的模块应能支持产品升级与功能扩展。
（2）系统配置：按照系统功能要求配置外围设备。
（3）程序效率：外部设备和外部事件尽量采用中断方式和CPU联络。
（4）抗干扰性：简化器件，器件越多，器件之间的相互干扰越强。
2 蓝牙通信块的硬件方案
蓝牙通信模块主要由微控制器，蓝牙芯片及存储器RAM组成。
蓝牙通信模块中微控制器选用美国ATMEL公司的AT89C51芯片，AT89C51是一个低功耗，高性能的含有4K字节闪烁存储器的8位CMOS单片机，时钟频率高达20MHZ，与MCS-51的指令系统和引脚完全兼容。闪烁存储器允许在线（+5V）电擦除，电写入或使用。此外，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，支持由软件选择的两种掉电方式，掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位，非常适合电池或者有低功耗要求的场合。AT89C51芯片内的4K字节闪烁存储器可在线编程和使用编程器重复编程。AT89C51具有两个优先级嵌套中断结构，一个可编程全双工串行口，可寻址64K字节外部数据存储器和64K字节外部程序存储器空间的控制电路。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串口通信口及中断系统继续工作。硬件原理框图如图2
现场设备之间可实现串口全双工通信，蓝牙通信模块用来与现场设备进行连接：系统上电复位后，首先完成蓝牙模块的初始化，现场设备所测的数据通过串口传送给蓝牙的CPU，现场设备在它的通信网络覆盖范围内搜索另一现场设备。当另一现场设备接收到上位机蓝牙模块发送的控制命令后，完成与上位机的建立连接，数据传输，断开连接等操作。
3 结束语
本文设计的EPA蓝牙测控系统使煤矿实现现代化的自动化安全生产实现可能。将蓝牙通信模块成功嵌入多种现场设备中，通过EPA网桥实现设备之间的透明通信，大大提高了系统的安全性和稳定性，使煤矿的安全生产大大的提高。
[参考文献]
[1]马金山，姚兆建.基于网络的煤矿机械模型库系统的研究和开发.煤矿机械，2011（11）：216-217.
[2]谢凯东，卢山.一种高可用性的冗余工业实时以太网设计[J].仪器仪表学报，2010：704-706.
[3]IEC PAS.用于工业测量与控制系统的EPA系统结构与通信规范[S]，2005（06）：41-42.
[4]James H.Christerisen Basic Concepts of IEC 61499 Distributed Automation，2006：6-7.