一种提高煤矿井下总线通信效果的方法与流程

1.本发明属于煤矿通信领域，涉及一种提高煤矿井下总线通信效果的方法。


背景技术：

2.目前煤矿已经完成了安全监控系统的数字化改造，所有传感器由频率输出升级为总线通信。由于煤矿井下线缆布设的需要，动力电缆与通信电缆往往固定在一起。同时井下安装的传感器种类很多，总线传输线缆大量敷设，为了满足标准化要求，所有低压电缆都成捆走在一起，这样就带来信号互相干扰的问题。从而造成数字化通信误码较多，通信效率较低。安全监控系统要求具有实时快速通信的能力，在出现异常时，传感器能够将数据快速传输给处理分站，在2秒之内做出响应，因此需要通过优化传输方法，提升通信质量和效率。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高煤矿井下总线通信效果的方法。采用软件算法，通过优化传输协议、仲裁及增加心跳的方式，实现总线的高质量通信，快速将传感器采集数据传输给控制分站，完成异常状态下的高效响应。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种提高煤矿井下总线通信效果的方法，该方法包括以下步骤：
6.s1：传感器对监测数据进行分析，包括模拟量的数据和开关量传感器的数据的分析；分站对传感器数据进行采集；
7.所述模拟量的数据为连续变化的量，模拟量根据检测类型进行阈值的配置，阈值设置为传感器全量程的1％～3％；
8.所述开关量传感器的数据设置为变化状态；
9.s2：分站与传感器在数据传输过程中，数据发送方对待发送数据进行校验，待发送数据与校验结果共同构成帧数据；线缆间互相耦合干扰，帧数据中某个字节数值发生改变，造成接收方校验错误时，采取校验模糊处理方法；
10.具体为：当传感器检测到分站呼叫命令帧数据，校验字节不正确但帧头、地址和命令字的字节正确，传输数据时，将状态位改为校验错误；
11.如果分站接收到传感器回传帧数据校验字节不正确，但帧头、地址和命令字的字节正确时，帧数据仅作为通信状态判断，不刷新数据；同时分站对该通道传感器增加采集次数；
12.s3：当传感器检测到环境参数超过报警值或状态变化时，通过状态字节告知分站，分站对采集到的异常参数的异常通道增加采集次数。
13.可选的，所述s1中，甲烷传感器的阈值设置为0.02％，一氧化碳传感器的阈值设置为10ppm；
14.风机由开变为停，风筒由有风转换为无风。
15.可选的，所述s1中，所述开关量传感器到分站的数据包括传输帧头、地址、命令字、
时钟、类型、状态、数据和校验内容，数据为16字节。
16.可选的，所述s1中，取对模拟量数据变化在阈值范围内的值，不用全字节进行传输，只传输帧头、地址、心跳信号和校验，为4字节；
17.开关量传感器的数据若状态没有发生变化，则只传输心跳信号。
18.一种存储介质，所述存储介质包括计算机程序，所述计算机程序运行时，执行所述提高煤矿井下总线通信效果的方法。
19.一种电子设备，包括：
20.处理器；
21.存储器，包括计算机程序；
22.所述处理器用于运行所述存储器中的计算机程序，当所述计算机程序运行时，执行所述提高煤矿井下总线通信效果的方法。
23.本发明的有益效果在于：在煤矿井下复杂环境中，多条线缆信号互相干扰时提升了总线通信效率，为煤矿数字化通信技术的大量使用提供了方便。
24.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
25.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
26.图1为传感器接收分站取数帧数据处理流程；
27.图2为分站获取传感器帧数据处理流程；
28.图3为分站、传感器连接示意图。
具体实施方式
29.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
31.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或
暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
32.如图1所示，传感器实时采集环境参数，当收到分站取数指令帧数据且校验正确时，首先判断环境参数采样值是否大于预设报警值或数值变化大于预设的阈值，若满足上述2个条件，则回复完整帧数据，包含帧头、地址、命令字、时钟、类型、状态、数据和校验内容，共16字节，否则回复心跳帧数据，包含帧头、地址、心跳信号和校验，共4字节。
33.当传感器收到分站取数指令帧数据校验错误时，若帧头、命令字及传感器地址信息正确时，首先判断环境参数采样值是否大于预设报警值或数值变化大于预设的阈值，若满足上述2个条件，则回复完整帧数据，包含帧头、地址、命令字、时钟、类型、状态、数据和校验内容，共16字节，否则回复心跳帧数据，包含帧头、地址、心跳信号和校验，共4字节。但此时回复的帧数据中状态为校验错误。
34.当传感器收到分站取数指令帧数据校验错误时，且帧头、命令字及传感器地址信息中存在错误信息，则传感器不予任何回复。
35.如图2所示，分站向传感器发送取数帧数据，当收到传感器回复帧数据且校验正确时，首先传感器回复数据是否大于预设报警值，若大于，立即根据预设控制逻辑输出控制信号，同时继续呼叫该传感器，每连续呼叫该传感器5次，一次轮询该条总线上其他传感器1次，直到该传感器数据恢复正常。否则完成数据更新。
36.当分站收到传感器回复帧数据但校验错误时，若帧头、命令字及传感器地址信息正确时，数据不予更新，继续呼叫该地址传感器，通过增加呼叫次数，实现正确传感器数据读取，每连续呼叫该传感器3次，一次轮询该条总线上其他传感器1次，。若传感器回复帧数据校验错误且帧头、命令字及传感器地址信息存在错误息，认为该传感器断线，则呼叫下一台传感器。
37.请参阅图1，为一种提高煤矿井下总线通信效果的方法。
38.技术手段1：进行传感器数据分析，对异常或变化超出阈值的数据进行完整传输，在监测数据不变化或变化微小时，通过传输心跳信号替代传输数据，减少传输字节数；
39.技术手段2：通信校验的模糊处理算法，传感器接收到呼叫命令时，如果站地址与呼叫命令字正确，仅校验不正常时，可以传输数据，但增加异常标志，避免紧急状态下数据刷新慢；
40.技术手段3：异常数据的优先处理，当某一通道数据发生异常变化导致控制端口动作时，分站自动对该通道进行优先处理，停止其他通道的采集数据，连续对异常通道数据进行单一通信。一是避免其他通道数据对线缆产生干扰，二是确保异常通道的数据优先达到分站。
41.通过以上三种理措施，实现总线通信效率的提升，在长期正常状态下，数据传输帧短小，实现数据的快速传输，一些不经常变化的数据通过传输心跳的方式替代传输数据，提升传输效率。
42.本发明主要通过软件算法实现总线通信效果的提升，实现了分站与传感器之间通信效果的提升，旨在解决由于煤矿井下强电线缆对弱电线缆通信的干扰。同时，解决了井下由于质量标准化要求，通信线缆捆在一起互相耦合干扰引起通信质量差的问题。解决以上
问题的思路主要分为两步：
43.第一步，传感器对监测数据进行分析，分为模拟量数据及开关量数据的分析，模拟量就是连续变化的量，对于模拟量可以根据检测类型进行阈值的配置，一般阈值的设置为传感器全量程的百分之一到百分之三，如针对甲烷传感器阈值可以设置为0.02％，一氧化碳传感器阈值可以设置为10ppm等；针对开关量传感器可以设置为状态变化进行传输，如风机由开变为停，风筒由有风转换为无风等。目前传感器到分站的数据需要传输帧头、地址、命令字、时钟、类型、状态、数据、校验等内容，一般数据在16字节左右，本发明采取对模拟量数据变化在阈值范围内的值，可以不用全字节进行传输，仅传输帧头、地址、心跳信号、校验等，一般在4字节左右，大大减少了传输数据量，提高了传输稳定性；开关量如果状态未发生变化，仅传输心跳信号，较少数据传输个数，提升传输稳定性。
44.第二步，在数据传输过程中，由于线缆间互相耦合干扰，可能会使得某个字节传输不正确，本发明采取校验模糊处理的方法，当传感器检测到分站呼叫命令校验字节不正确时，仍然传输数据，但将状态位改为校验错误。如果分站接收到传感器传输过来的校验字节不正确时，该帧数据仅作为通信状态判断，不刷新数据，这样即保证了通信状态的稳定，又不影响数据的准确性。
45.第三步，当传感器检测到环境参数异常时，会通过状态字节告知分站，分站会立刻停止该分站其他正常数据的采样，对异常通道增多采集次数，快速响应，停止其他通道的数据采样是为了避免多条线缆数据互相耦合干扰，增加数据采集次数，是为了确保传感器异常数据均能被分站采集到。
46.如图3所示分站与传感器连接为例。1#～4#传感器利用rs485总线接入5#分站。5号分站采用“一呼一答”的方式对1#～4#传感器轮询，获取4台传感器实时测量值。1#瓦斯传感器阈值设置为0.02，报警值设置为1.0。
47.(1)当无干扰，5#分站、1#传感器数据交互完整帧数据见表1、表2所示。
48.表1分站至传感器完整帧数据报文
49.编号字节数编码(十六进制)注释110x5e帧头210x 01传感器地址310x 01命令字410x 0a帧长度540x 01,0x 01,0x 01,0x 01日、时、分、秒(如：1号1点1分1秒)920x 00,0x 6e累加和校验
50.表2传感器至分站完整帧数据报文
51.编号字节数编码(十六进制)注释110x 5e帧头210x 01传感器地址310x 01命令字410x 0f帧长度540x 01,0x 01,0x 01,0x 01日、时、分、秒(如：1号1点1分1秒)910x01类型
1010x01状态(正常)1140x3c,0xf5,0xc2,0x8f数据1520x02,0xf7累加和校验
52.(2)当1#传感器数值变化小于设定阈值，且分站已接收成功一帧完整的传感器回复帧数据，传感器在收到分站取数命令帧数据后，回复心跳帧数据，如表3所示。由于将原来16字节帧数据优化为仅4字节，减少了受干扰的概率。
53.表3传感器至分站心跳帧数据报文
54.编号字节数编码(十六进制)注释110x 5e帧头210x 01传感器地址310x 0f命令字(心跳帧数据正常)410xf7累加和校验低字节
55.(3)当1#传感器收到分站取数命令帧数据，数据中校验错误，但帧头、传感器地址号、命令字等字节正确，如表4所示。若1#传感器数值变化小于设定阈值，且分站已接收成功一帧完整的传感器回复帧数据，传感器在收到分站取数命令帧数据后，回复心跳帧数据，如表5所示。否则传感器回复完整帧数据，如表6所示，状态字节为接收校验错误标,。通过特征字节分析，实现了当分站下发取数命令帧数据受干扰产生误码后传感器依然可正常恢复帧数据。提升了通信效率。
56.表4分站至传感器完整帧数校验错误据报文
57.编号字节数编码(十六进制)注释110x5e帧头210x 01传感器地址310x 01命令字410x 0a帧长度540x 01,0x 01,0x 01,0x 01日、时、分、秒(如：1号1点1分1秒)920x 00,0x 61累加和校验(校验错误)
58.表5传感器至分站心跳帧数据报文
59.编号字节数编码(十六进制)注释110x 5e帧头210x 01传感器地址310x ff命令字(接收分站帧数据校验错误)410x5e累加和校验低字节
60.表6传感器至分站完整帧数据报文
61.[0062][0063]
(4)当分站收到1#传感器帧数据校验错误，但帧头、传感器地址、命令字等字节正确，如表7所示。则不认为该传感器处于断线状态，接着继续呼叫该传感器，每连续呼叫1#传感器3次轮询其他传感器1次，直到1#传感器数据回复正确。减少了了传感器断线的误判次数，提升了总线通信的稳定性。同时实现传感器数据回复帧数据受干扰后及时获取。
[0064]
表7传感器至分站完整帧数据校验错误报文
[0065]
编号字节数编码(十六进制)注释110x 5e帧头210x 01传感器地址310x 01命令字410x 0f帧长度540x 01,0x 01,0x 01,0x 01日、时、分、秒(如：1号1点1分1秒)910x01类型1010x0e状态(接收帧数据校验错误)1140x3c,0xf5,0xc2,0x8f数据1520x02,0xfe累加和校验(校验错误)
[0066]
(5)当1#传感器检测数据大于设定报警值1.5时，分站每连续呼叫1#传感器5次轮询其他传感器1次，直到1#传感器检测数值低于报警值为止。通过增加异常传感器数据采集次数，实现异常数据的实时采集，加快了控制逻辑的响应速度。
[0067]
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
[0068]
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
[0069]
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包
括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的提高煤矿井下总线通信效果的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
[0070]
计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
[0071]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。