基于ARM和CAN總線的煤矸石分選系統(tǒng)
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隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能、低功耗、低價(jià)格的32位RISC芯片的ARM微控制器呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)，嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)結(jié)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)，為傳統(tǒng)的選煤技術(shù)提供了新的改造方案。將嵌入式技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相互融合，設(shè)計(jì)了一種新的煤塊和矸石在線識(shí)別與自動(dòng)分選系統(tǒng)。
煤矸石在線識(shí)別與自動(dòng)分選系統(tǒng)
煤塊和矸石在線識(shí)別與自動(dòng)分選系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。根據(jù)選煤工藝要求，本系統(tǒng)主要由下面三大部分構(gòu)成：
圖1 煤矸石在線自動(dòng)分選系統(tǒng)框圖
（1）檢測(cè)部分：由進(jìn)料斗、輸送帶、CCD攝像頭、圖像數(shù)據(jù)采集電路等組成。開(kāi)采出來(lái)的原煤常含有矸石，必須將矸石從傳送帶上挑選出來(lái)。CCD攝像頭將煤與矸石圖像送圖像數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信息送入ARM微控制器，通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)傳送到PC機(jī)進(jìn)行處理。
（2）識(shí)別與控制部分：由計(jì)算機(jī)、ARM微控制器和測(cè)控設(shè)備組成，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心。根據(jù)模式識(shí)別算法計(jì)算出煤和矸石的灰分含量，ARM微控制器識(shí)別和判斷出煤矸石后，完成控制動(dòng)作。如果判斷為煤，控制部分不動(dòng)作，原煤自然落入煤料斗，從煤塊通道運(yùn)走。如果判斷為矸石，發(fā)出控制信號(hào)，打開(kāi)閥門(mén)，使矸石落入矸石通道。
（3）分揀機(jī)構(gòu)：由閥門(mén)、物料斗和系統(tǒng)供電設(shè)備等組成，通過(guò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)，完成多個(gè)通道的煤和矸石的自動(dòng)分選和運(yùn)輸。
芯片介紹
AT91M40800
AT91M40800是ATMEL公司基于ARM7TDMI核的16位/32位微控制器系列中具有較高性價(jià)比的一款芯片，其核心為高性能的32位RISC（Reduced Intro-duction Set Computer）體系結(jié)構(gòu)，并具有16位（thumb）指令集。通過(guò)可編程的外部總線接口（EBI）直接連接到包括FLASH在內(nèi)的各種片外存儲(chǔ)器，8個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷向量控制器和片內(nèi)外圍數(shù)據(jù)控制器顯著提高了器件的實(shí)時(shí)性能。AT91M40800集成了ARM7DMIARMThumb處理器內(nèi)核，提供了8kB的片內(nèi)SRAM，8個(gè)片選線，32個(gè)可編程I/O口，軟件可編程的8位或16位的數(shù)據(jù)總線，最大可尋址空間64MB，兩個(gè)USART，每個(gè)USART有兩個(gè)專(zhuān)用的外圍數(shù)據(jù)控制器通道，內(nèi)置可編程的看門(mén)狗定時(shí)器，8個(gè)具有優(yōu)先級(jí)、可單獨(dú)屏蔽的向量中斷控制器，4個(gè)外部中斷控制寄存器，4個(gè)外部中斷，包括一個(gè)高優(yōu)先級(jí)、低延遲的中斷請(qǐng)求，3個(gè)外部時(shí)鐘輸入，3通道16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。
SJA1000
由于煤倉(cāng)、矸石山與分選車(chē)間各自有一定距離，需要集中管理和信息處理。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自動(dòng)控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。CAN通信速率最高可達(dá)1Mbps，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下），可掛接設(shè)備最多達(dá)110個(gè)，可以完成多通道同時(shí)分選和運(yùn)輸任務(wù)。SJA1000是Philips公司生產(chǎn)的獨(dú)立型CAN總線控制器，用于汽車(chē)和一般工業(yè)環(huán)境中的控制器局域網(wǎng)絡(luò)，它是Philips公司半導(dǎo)體PCA82C200CAN控制器（BasicCAN）的替代產(chǎn)品，增加了新的工作模式（PeliCAN模式），可以方便的和不同模式的處理器相連接，組成CAN控制網(wǎng)絡(luò)。
硬件接口電路設(shè)計(jì)
圖2是SJA1000收發(fā)器與AT91M40800芯片的接口電路原理圖。
圖2 SJA1000與AT91M40800接口電路原理圖
評(píng)論