胡诗强

摘要：煤矿开采过程中容易发生各种安全事故，严重威胁到员工的身心健康，还会造成极大的经济损失，为了降低煤矿事故的发生，采用监控系统能够对现场环境状态进行监测，包括时机械设备运行状况、井下各种有害物质浓度状况等进行监测，能够及时发现煤矿开采过程中的问题，从而作出合理的应对措施降低危险程度。CAN通讯技术的优势较多，能够在系统中发挥重要作用。于是文章主要使用视频监控方式，研究CAN通讯技术在煤矿监控系统中的应用。首先对监控系统的结构进行分析，其中主要包含井下监控系统和井上监控系统，然后对煤矿监控系统中使用的关键技术和程序实现方式进行分析，最后对煤矿监控系统进行调试，发现该系统能够实现高效率录像功能，且其可靠程度较高、成本较低。

关键词：CAN通讯技术;煤矿监控系统;应用

中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）01-0127-04

煤矿属于我国重要的生产领域，与国计民生有密切的相关性。在煤矿生产过程中，由于其环境较为复杂，容易发生各种安全事故。在煤矿中建设先进的通信网络，能够对生产现场进行监测和控制，有助于提高煤矿生产的安全性，并且对煤矿进行监测属于一个发展趋势。

如今，在监控系统中需要将各种信号图像进行传输，其中使用的主要介质包含光纤、电缆和双绞线由于对煤矿进行监控，传输距离会非常远，所以监控系统中选择光纤作为传输方式，因为该传输方式能够将远距离的信息数据传送到目的地，所以相比于另外两种方式，光纤方法在煤矿监控中具有更好的应用效。CAN通讯技术具有较多的优势，比如数据传输实时性、网络开放性、网络通讯距离等方面都具有很好的优势，所以将其应用于煤矿监控系统中能够提高监控效果，并且也是煤矿行业中首选的设备通信网络。

煤矿监控系统对视频采集主要有两种方式，其中一种方式是通过视频采集卡中存在的一个软件开发包SDK进行，这种方式虽然比较简单，容易操作，但是该方式不能充分满足各个视频应用程序的要求，具有比较差的灵活性。另外一种方式为基于VFW进行，该方式能够提供一系列应用程序编程接口，具有较好的灵活性，能够满足程序的开发需求。于是文章将CAN通信技术应用到煤矿监控系统中，能够实现数据流的压缩和高效率存储功能。

1煤矿生产视频监控系统结构

文章所研究的监控系统属于一个智能化系统，能够自动完成对煤矿生产的监控作用。由于煤矿生产中包含地上作业和地下作业，所以在设计监控系统时需要考虑两个部分，于是该系统中主要包含两个部分，分别为井上监控系统和井下监控系统，其总体结构如图1所示。

1.1井下监控系统

摄像机作为井下监控系统的重要组成部分，主要的工作任务为对重要设备的工作状态进行拍摄，并且对煤矿采掘现场状态进行拍摄。然后这些视频数据使用NDT CV4102ST/R视频光端机进行传输，将其传输到PC机上从而对视频数据进行解码显示。而各种环境参数的检测则是通过使用监测传感器获得，并将其信息转化为4～20mA电流环信号，另外有一个专门对环境参数进行采样的设备对其进行收集，其中的传输方式为电缆集中传送。于是可得知在环境桉树模型信号的采集精度受到检测传感器、采样设备和传送电缆等因素决定。其中采样设备与CAN网络进行连接。

1.2井上控制系统

井上监控系统主要包含两台计算机进行工作，这两台计算机的作用分别是作为图像平台和控制平台。控制平台的计算机中使用虚拟串口软件，并且还会在CAN上连接PC-CAN接口卡和CAN232MB转换器等设备，从而能够与RS232设备进行连接，于是可以对井下所有的监控数据进行接收，該计算机就会对这些数据进行控制，并且还能够对井下监控分站进行传达指令。另外一台计算机在光端机的配合使用下能够完成图像解码显示，其中要方式就是将第一台计算机中收集到的相关井下数据进行接收，这些数据主要包含着井下温度、有害气体浓度、采掘进尺、负压、瓦斯浓度、粉尘等，然后再PC上能够实现各种数据的叠加显示和存储，达到对不同画面的查看作用，另外当这些数据指标存在问题时，还能够起到报警作用，从而能够及时发现问题，采取相应措施，降低事故危险程度。

2关键技术的实现方式

2.1光纤图像数据通信方式

在煤矿监控系统中最重要的一个部分为视频数据采集系统，只有采集到准确的数据之后才能达到监控的目的。其中构成部件主要包含PV CAN接口卡和PC机插视频卡。然后再井下安装四个摄像机，还有不同的传感器设备。在CAN网络中使用光纤作为物理层，传感器则使用转换器将信息数据传到控制台中，于是可以利用PC上VC应用程序达到对井下进行控制监控的目的，并且可以对数据进行存储。图2即为视频数据采集系统的结构图。

2.2视频采集的实现方式

在视频采集过程中需要使用的采集卡为大恒DH-VT142，该采集卡正好符合文章所设计的监控系统的要求，为了增强系统的采集速度，其中数据存取通道使用的是新型PCI-E x1总线。图3即为视频采集的基本实现方式。

2.3虚拟串口的实现方式

为了能够实现虚拟串口软件，主要做法就是在Pc上建立一个或者多个虚拟串口。虚拟串口的操作方式并不会存在差异，其操作与真实串口一样，只是在应用过程中，需要对其软件内部进行调用。Pc连接接口卡之后，串口通信数据会进行传输，从而传到CAN网络中，并且这些数据会被转化为CANA网关，然后还需要对其进行转化为原来的RS232串口数据，这样的转换过程即可实现煤矿监控过程中远程操作，达到了一定的无缝透明衔接，从而使其与本地串口之间并没有多大的区别。另外，在实现虚拟串口时操作方式也比较简单，一般f青况下，当需要使用远程虚拟串口时，则需要将PC串口程序进行升级，其中只需要将软件中的操作串口号进行改变，于是在煤矿监控系统中实现虚拟串口相对比较容易，并不需要重新编写程序。图4即为虚拟串口软件的设置方式。

2.4分布式CAN控制系统实现方式

在煤矿监控系统中，其中控制系统整体网络的方式必须是总线型，如果支线长度超过了0.3m，这需要使用CAN网桥，为了避免系统的复杂性，一般情况下在设计过程中要求其支线长度不能大于0.3m。另外，在设置终端电阻的位置时，将其安装到总线最长的两端。然而在通讯系统中，如果能够合理的利用CAN网桥，那么更有利于在井下对矿道的布线，一个最适合的布线方式能够提高与CAN总线的连接程度，从而使得数据传输更加的高效，在此控制系统上还需要和井上的CAN转换器进行结合使用，共同达到通信的目的，并且构成有效的煤矿监控系统。

3程序的实现

为了能够使得煤矿监控系统发挥作用，使用co.dec编码器进行编码。首先需要对其进行安装，然后对MPEG-4Codec进行调用，然后还需要对提供相应的设置选项，作用在于对制定出相关的压缩参数，这种操作会非常的方便。完成安装之后，于是可以在计算机的控制面板中能够看到视频编码解码器。

信息数据在存储时以叠加方式进行存储，且其文件形式为AVI文件，其功能的实现需要使用到不同的函数，比如OnViStart函数、OnSnapExChange函数和SnapThread-Call-backEx函數等。

OnViStart函数的主要作用是对视频帧计数标记值和AVIFILE库进行初始化处理，从而生成一个AVI视频文件，使用OnViStart函数时并不是全部进行使用，只需要调用AVI文件的处理函数和宏定义。从而可以实现对视频进行定义和填充，还具有文本数据流结构、文本流接口、数据缓冲区、数据采集和创建视频等功能。

通过上述函数能够完成数据的初始化处理，然后再将采集的图像到内存控制中，其中需要对用户参数和回调函数SnapThread-Call-backEx进行指定。Snap.Thread-Call-backEx的主要作用在于用户能够在其中发送自定义消息，然后将其传到主窗口中，并且此时还会将需要处理的图像序号传人到其中，于是可以为后续完成数据的处理做好准备。

OnSnapExChange函数的主要作用就是对采集的视频数据进行叠加处理，也是系统实现的主要程序，首先需要对制定位置的静态内存进行锁定，其中锁定的大小主要由图像大小进行决定，另外还需要进行偏移处理，确定偏移大小主要由图像序号和图像大小进行决定，在锁定制定位置的静态内存时不会受到时间的限制，随时都可以进行，然后使用pLinearAddr指针访问相应的内存即可。在访问过程中需要将静态内存中的图像传递到用户缓冲区，因为此时的图像不符合格式要求，在缓冲区的目的有助于使图像进行格式转换。一般情况下，当其图像的位数为15、16和32时，需要将其变为24位。由于此时采集的图像数据其存放状态属于正向，然而计算机在对位图数据进行处理时其存放状态为倒置，所以还需要对图像数据进行处理，从而符合倒置的存放状态，转为倒置的过程中需要使用的函数为CGDataTransform。完成上述步骤之后，在视图客户区就可以显示出图像，此时还需要对当前的压缩文件进行判断，看其是否能被系统支持，判断过程中使用的程序为ICCompressQuery。然后当ICCompress完成执行任务之后，于是就可以调用AVIStreamWrite函数，调用中将会使用帧数递增的方式，AVIStreamWrite函数的主要作用在于针对相同的起始帧将文本流和视频流写人其中，完成该步骤之后，还需要将采集的图像到内存控制进行关闭，其中使用的函数为CGCloseSnapEx（m-hc），然后再将图像卡资源进行释放，完成上述程序之后，最后的步骤就是将文件进行关闭，并且清除变量。图5即为软件设计流程图。

4调试

煤矿在开采过程中，其井下环境非常复杂，且所处位置也比较偏，其布线距离比较长，最长距离达到3～lOkm。于是在设计CAN总线施工时，需要对其特性进行详细了解，并且在设计时需要结合煤矿当场环境，从而确定出合理的布线方式。为了能够使得整个网络具有非常稳定的效果，布线过程中可以相应的增加一些总线分割设备。

在应用煤矿监控系统时，其中使用了不同种类的传感器，在使用之前，必须对其进行定期校正处理，并且在有关规定出，明确确定了某些传感器的校正间隔时间，比如甲烷传感器，必须每隔7d就校正一次。

通过将煤矿监控系统在实验室Pc机Windows平台中进行运行，实验结果为运行效果良好，能够通过摄像机将信息数据高效率传输到计算机中，从而达到监控效果，且运行效果比较稳定。

5结语

文章通过使用cAN通讯技术建立煤矿监控系统，整个系统具有效率高、稳定性好、成本低等优势，能够在煤矿开采过程中起到监控作用，从而提高企业安全生产水平和监管力度。然而该系统的性能需要在长期的应用过程中不断进行优化，才能够在煤矿监测中具有更为长久的应用，使得煤矿企业具有更大的经济效益，并且提高生产安全性。