多传感器信息融合与CAN总线技术在煤矿井下环境监测中的应用

多传感器信息融合与CAN总线技术在煤矿井下环境监测中

的应用

【摘 要】为提高煤矿矿井的安全和生产效率，大量信息需要检测、传输和预处理。为解决多信息和复杂环境下传输的问题，将多传感器信息融合技术和CAN总线技术用于煤矿井下环境监测，减少了判断的时间、提高了判断的精度，为矿井安全提供信息保障。

【关键词】多传感器信息融合；CAN总线；煤矿矿井 【Abstract】In order to enhance the security and productivity， massive information is been detected， transmitted and preprocessed in coal mine. In this paper， multi-Sensor Information fusion method and CAN bus technology are used in coal mine environment monitoring to solve the problem of massive information transmission under the complicated environment. Those methods reduce the judge time， improve the judge precision， provide insurance information for mine security.

【Key words】Multi-Sensor information fusion； CAN bus technology； Coal mine 0 前言

为提高煤矿矿井安全，越来越多的环境信息需要被检测。传统的矿井环境参数是由单个传感器来完成的，但由于煤矿井下环境的生产条件恶劣，检测到的有用信号常常因为干扰信号而存在一定的误差，如果某处的传感器出现故障，亦无法检测到该位置环境参数数据，导致出现虚警、误警，甚至不报警现象；同时对检测到的种环境参数数据进行的是简单处理，对井下环境的实时安全状况评估不准确，不能及时采取相应的有效措施，有可能造成矿难事故的发生[1]。 在信号检测过程中，还存在的主要问题：（1）网络结构与通信方式不规范。原有的系统中都有自己独立的通信系统，并且网络结构和通信模式多样，每种系统都需要建立自己的网络，造成重复投资，通信资源利用低下；（2）传输数据效率低；（3）抗干扰能力和实时性差；（4）缺乏统一的通信协议及信息交换标准。

本设计应用多传感器信息融合和CAN 总线技术组建矿井环境监测网络，克服单个传感器的弊端和现有检测的弊端，为煤矿安全生产和矿工的生命安全提供保障。 1 煤矿井下环境监测中的多传感器信息融合 1.1 煤矿井下环境监测中的多传感器信息融合的结构 煤矿井下环境监测的主要是矿井大气中瓦斯浓度、一氧化碳、风速、粉尘和温度等环境参数。这些环境因素超限时都会给煤矿安全生产和矿工的生命造成威胁[2]。将这些环境

参数作为多传感器信息融合的信息源进行矿井环境的多传感器信息融合。瓦斯浓度、一氧化碳、风速、粉尘和温度每一个参数由不同的传感器进行采样，首先相同类型的传感器进行一级信息融合，然后不同类型的环境参数进行二级信息融合。在二级信息融合中，需要根据矿井环境数据库，进行信息协调管理[3-4]。

1.2 煤矿井下环境监测中的多传感器信息融合的融合方式

1.2.1 一级信息融合的融合方式

对于多传感器的检测信息，由于各个传感器的测量精度和测量环境不同，测量的准确性必然存在差异，需要针对各个传感器在检测系统中所处的地位和检测的准确性，有选择地对传感器的重要性加以区别。本研究采用的自适应加权数据融合算法。对于不同的传感器都有相应的权数，在总均方误差最小这一最优条件下，根据各个传感器得到的测量值以自适应的方式找到其对应的权数，使融合后的数据达到最优。

1.2.2 二级信息融合的融合方式

在二级信息融合，由于是不同类型的传感器，一般不采用一级信息融合中的的自适应加权数据融合，而是采用高级算法，本研究采用BP 网络的算法进行融合。本研究采用三级BP 网络，其中输入级为5个节点，分别表示矿井大气中

瓦斯浓度、一氧化碳、风速、粉尘和温度信息，输出级为5个节点，分别表示安全、较安全、一般安全、较不安全和不安全5种判断结果。考虑到计算速度和实际需要，中间节点为7个，因此本研究采用BP 网络为5-7-5的结构。 2 基于 CAN 总线的煤矿井下环境监测网络的设计 2.1 基于 CAN 总线的煤矿井下环境监测网络组成 网络主要由 PC 机、中继器和智能节点组成。通讯介质采用双绞线。同根据巷道分布情况，布置了多个 CAN 智能节点，分别位于大巷、顺槽、综采工作面和连采掘进工作面等地。网络结构图如图 1所示。 2.2 CAN 总线中继器的实现

在某些煤矿井，特别是一些老矿井，最远的工作面距离井筒位置可达三、四十公里。要解决 CAN 总线远距离通信问题，必须使用合适的中继器。CAN 总线中继器由两个总线收发器82C250和两个单片机构成。 2.3 CAN 智能节点的设计

CAN 智能点的主要功能是完成井下环境参数的检测及将数据传送到上位机。命令由上位机经过 CAN 总线传输到每个现场智能节点，只能节点采集数据经过 CAN 总线传送到上位机。CAN 智能节点以51 单片机 AT89C52 为核心。 3 结论

本研究将多传感器信息融合和 CAN总线技术在矿井环

境监测中的应用，克服了传统传统矿井监控中的问题，减少了判断的时间、提高了判断的精度，为矿井安全提供信息保障。

【参考文献】

[1]王汝琳.矿井环境监测与仪表[M].中国矿业大学出版社，1987.

[2]阎馨，屠乃威.基于多传感器数据融合技术的瓦斯监测系统[J].计算机测量与控制，2004，12（12）：1140-1142. [3]彭力.信息融合关键技术及其应用[M].冶金工业出版社，2010.

[4]王占勇.煤矿瓦斯监测多传感器信息融合方法研究[J].煤矿科技，2010，31（2）：1-3. [责任编辑：邓丽丽]

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