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摘 要：长期以来，我国国民经济的发展均对煤炭工业表现出强烈的依赖性，且此种格局预计持续50年。但煤炭工业发展的同时，煤炭安全事故的发生率却居高不下，如此又制约着我国国民经济的发展。巷道顶板作为煤矿安全的重要组成部分，对监控煤矿生产过程的安全隐患意义重大，因此必须重视对顶板状态的监测及顶板变化规律的研究。为此，文章笔者结合相关文献资料，浅析煤矿巷道顶板隔离层监测系统的设计，以实现对煤矿巷道顶板进行全方位的监测，从而为煤矿安全生产提供保障。
关键词：煤矿巷道；顶板离层；监测系统设计
一、研究背景
据统计数据显示，我国煤矿事故伤亡人数约占世界煤矿事故伤亡总人数的80%，且顶板事故的发生率远超过其他煤矿事故，由此使国家、社会、家庭及个人蒙受巨大损失。另据统计数据显示，2002年-2012年，我国煤矿致人死亡的顶板事故共计3372起，约占煤矿致人死亡总事故的43%。为此，国家安全生产监督管理总局指出：煤矿企业必须逐步就采煤工艺及采煤方法进行改革，同时加强煤矿巷道顶板支护及完善煤矿巷道顶板监测系统，特别应就分布着冲击地压灾害及矿山压力的矿井配备完善的预警预报装备。煤矿顶板岩层属典型的层状结构，且顶板岩层与岩层间的离层对顶板的失稳破坏起预示作用，因此煤矿巷道顶板支护过程，多以离层大小为顶板支护效果的判断依据。可见，对煤矿巷道顶板离层监测系统设计的研究具有现实意义。
二、煤矿巷道顶板离层监测系统的结构
煤矿巷道顶板离层监测系统由井下部分及地面部分组成，其中井下部分由位移传感器、采集及传输分站组成，用以完成对离层数据进行现场采集及观测；地面部分由远程数据传输接口及上位机组成，即经光纤把数据从传输分站传送至上位机，由此实现对数据进行在线的实时处理。煤矿巷道顶板离层监测系统的井下部分共设位移传感器20台、采集分站20台及传输分站1台，同时煤矿巷道内，每间隔50m设采集分站1台，且采集分站与位移传感器相互连接。此外，采用CAN总线实现采集与传输分站间的数据通信，且各采集分站及传输分站均为CAN总线的独立运行节点。下文就煤矿巷道顶板离层监测系统的相关组成部分进行简单介绍：
（一）位移传感器
位移传感器是用来转化顶板离层位移信号为电脉冲信号，并传输至采集分站的装置。该系统内，位移传感器被固定到巷道顶板位置，而传感器内部的2根钢丝绳分别被固定到顶板上方钻孔的中深及浅基点。
（二）采集分站
采集分站具备CAN总线通信、PS/2键盘接口、信号采集及液晶显示等功能，因此能够实现对传感器脉冲信号的实时采集与处理，从而完成数据的现场显示及经CAV总线传送至传输分站，并能实现超限预警。
（三）传输分站
传输分站具备数据存储及远程传输、信息巡检等功能，且传输分站内设DC18V/1A矿用隔爆兼本安型电源，用以为系统供电。
（四）远程数据传输接口
远程数据传输接口采用RS-232单模光纤转换模块，并经单模光缆与传输分站相连及经RS-232连接线与计算机相连。
（五）上位机
上位机采用6.52开发平台，且具备数据柱状图显示→数据存储→数据查询→曲线分析→网络分布等功能。总体而言，本巷道顶板离层监测系统采用由底层至上层、由硬件至软件的设计方案。
三、煤矿巷道顶板离层监测系统设计
本文笔者结合相关文献资料，着重就顶板离层监测系统井下部分的位移传感器、采集分站及传输分站设计进行讨论。
（一）位移传感器设计
位移传感器（线性传感器）的种类很多，而目前应用较广且应用效果更优的传感器为光栅传感器。实践证实，光栅传感器具有使用可靠、安全方便、人为读数误差低、抗干扰能力强、精确度高及易实现数字化的优点。结合前文内容，本节着重从机械设计角度浅析位移传感器的设计：
煤矿巷道顶板离层位移传感器共设长/短2根钢丝，且钢丝两端分别与巷道顶板及各自的齿轮轴相接。位移传感器的长钢丝绳被固定到距离顶板上表面约6m-8m的位置，即为深基点；短钢丝绳被固定到距离顶板上表面约2m-3m的位置，即为浅基点。齿轮的齿宽与相邻齿间缝宽相等。周长由栅距等分为n份，因此周长为栅距与等分数的乘积。若钢丝绳朝前拉动1mm，则齿轮转动1个栅距，同时齿轮的光电开关输出1个单脉冲信号。若顶板发生下沉现象，则巷道顶板的位移传感器亦会发生下沉现象，如此拉动齿轮便会被传感器内设的钢丝绳拉动。据此可知，光电开关输出的脉冲总数与钢丝绳移动的直线距离相等，此乃顶板的离层位移距离。若浅基点下方顶板发生离层位移现象，且深/浅基点的基准点始终保持稳定状态，则2根钢丝绳被同步拉伸，如此深/浅基点同步发出信号；若深/浅基点间发生离层现象，则顶板下沉会使浅基点发生下沉现象，但仅深基点的钢丝绳被拉伸，同时也仅有深基点输出信号；若深基点上方顶板发生离层现象，则顶板下沉会带动深/浅基点的基准点下沉，但2根钢丝绳的长度始终保持不变，且深/浅基点均不会输出信号。
（二）采集分站设计
采集分站由CAN总线通讯模块、PS/2数字键盘接口模块、液晶显示模块、脉冲信号采集模块、电源供电模块及PIC18F6585组成，同时按下列步骤实现各项功能：脉冲信号实时采集→数据实时存储→数据实时液晶显示→初始参数设置→CAN总线通信等。该顶板离层监测系统采集分站的处理器选用PIC18F6585型单片机，以增强系统的集成度与运行的可靠性及降低系统的功能等。结合采集分站的设计要求，本文分别从硬/软件设计角度浅析采集分站的设计：
1.硬件设计。采集分站硬件设计包括供电模块设计、脉冲信号采集模块设计、液晶显示模块设计、PS/2键盘输入模块设计、CAN总线模块设计。本节着重就前3个模块的设计进行简单介绍。（1）供电模块设计：顶板离层监测系统的井下部分由18v/1A型隔爆兼本安型的电源完成供电，同时采集分站主板的外接液晶显示屏及全部芯片均由单一5V完成供电，以降低电压转换能量的损失量，因此采集分站的供电过程设一级DC-DC转换，而DC-DC转换选用7VCD-36VCD输入、5VCD输出的BKRD12S05-5W型集成DC-DC模块，以发挥自动恢复、过/过压及短路保护等功能。（2）脉冲信号采集模块设计：位移传感器输出的脉冲信号为标准的0-5V方波，因此单片机的RB4/5分别与位移传感器的信号输出端相接。单片机对源自位移传感器的脈冲信号的响应方式为外部边沿触发中断方式，以确保顶板发生离层现象时，采集分站能够对位移传感器发出的脉冲信号进行实时采集。（3）液晶显示模块设计：该顶板离层监测系统的采集分站选用LM3033B-OBR3型液晶显示模块，以发挥液晶显示模块控制简单及体积小等优点。另外，LED背景灯的VDD与BLA间串联1个光敏电阻和120Ω电阻，以控制采集分站运行过程的功耗。 2.软件设计。采集分站软件设计由主程序设计、液晶显示子程序设计、脉冲采集子程序设计、PS/2数字键盘设置子程序设计、数据存储子程序设计及CAN通信子程序设计组成，如此按下列步骤实现各项功能：数据采集→设置→存储→CANBus通讯等功能。本节着重就前3个子程序的设计进行简单介绍。（1）液晶显示子程序设计：采集分站的液晶显示方式为并行通讯方式。液晶屏幕显示的内容有深/浅基点差值、深/浅基点当前值及分站编号，同时当PS/2键盘接入液晶屏幕后，液晶屏幕自动跳转至参数设置界面。液晶屏幕显示子程序由液晶初始化及实时数据与参数设置显示组成。（2）脉冲采集子程序设计：位移传感器输出的脉冲信号为+5V方波，且各脉冲所代表的离层值为1mm，同时单片机结合所接收的脉冲数完成顶板离层值的记录。此外，RB4/5分别采集深/浅基点的脉冲信号，而单片机也完全依据RB4/5的电平变化中断状况实现响应。（3）PS/2数字键盘设置子程度设计：PS/2键盘具体履行双向同步串行协议，即数据线所发送的数据及时钟线所发送的脉冲均被读入，而由键盘发送至主机的所有数据则在时钟信号下降沿被读取。PS/2键盘所履行的串行协议的每帧均包含11位，即起始位1个（为0）、数据位8个（前低位后高位）、校验位1个（奇校验）及停止位1个（为1）。PS/2键盘采用10kHz-16.7 kHz的时钟频率，即时钟脉冲上升沿至数据转变的用时≥5μs，而时钟脉冲下降沿至数据变化的时间为5μs-25μs。另外，待发送停止位后及下个包发送前，设备的等待时间≥50ms。主机依据键盘所发送出的扫描码完成对键值的判断，而扫描码有通码及断码两种类型，且各键盘所分配的通码及断码具有唯一性。此外，以按下或按住键盘键的方式发送通码，以释放按键的方式发送断码。
（三）传输分站设计
传输分站多用来完成上位机与采集分站间的数据连接，即传输分站轮流查询各采集分站→传输分站暂存查询到的数据→待上位机发出的读取指令到达后，传输分站再把数据上传至上位机。与采集分站相比，传输分站同样采用PIC18F6585型单片机。传输分站设计由DC-DC电源模块设计、液晶显示模块设计、CAN总线通讯模块设计、外部时钟读取模块设计、外部EEPROM数据存储模块及远程数据传输模块设计等组成，其中前三部分的硬件设计与系统采集分站的对应部分相同。为此，本文仅就从下列方面浅析传输分站的硬/软件设计。
1.传输分站硬件设计。（1）时钟读取模块设计：传输分站内设有实时时钟模块，即若数据需存入EEPROM型存储器，则需先对当前的时间信息进行读取及对数据与时间进行整合。SD2300A型时钟芯片设有内置晶振、两线式串行接口及一次性电池，以确保即使外部断电，也能使时钟使用寿命>5年。此外，SD2300A的通讯方式为双线制串行方式，且能兼容I2C串行通信总线，但考虑到PIC18F6585仅设1个I2C串行通讯接口，且已被外置存储器占用，因此时钟读取模块采用RE3/4引脚，同时采取模拟I2C总线的方式与SD2300A实现通讯。（2）EEPROM数据存储模块设计：传输分站外置的EEPROM型存储器（256Kbit）能够存储的数据达5000组，因此能够有效规避通讯线路中断后的数据丢失。串行EEPROM型存储器24LC256的数据传输方式为两线制I2C方式，以实现对32K字节的数据进行存储。此外，24LC256的通讯方式为两线制串行方式，且SCL与SDA分别为时钟线及数据线，其中SDA能为数据及地址复用引脚，同时具备数据双向操作（输入/出）功能。本顶板离层监测系统传输分站的SDA线与10KΩ电阻相连，并上拉至VCC。
2.传输分站软件设计。传输分站软件设计由主程序设计、CAN通讯子程序设计、液晶显示子程序设计、时钟读取子程序设计、外部EEPROM存储子程序及远程数据传输子程序设计组成，以完成采集分站数据的轮流查询及显示、数据的变化存储及数据的实时上传等。本节着重就下列两部分的设计进行简单讨论。（1）时钟读取子程序设计：若采集分站把某些数据返回给传输分站，且数据帧内数据变化为高电平位，则对应采集分站监测点定已出现离层现象，因此该数据应被存入外置EEPROM，但数据存入前，必须对当前时间进行读取，而后再返回的数据帧进行重组，并同时存入EEPROM。结合前文可知，SD2300A设有I2C串行总线接口，同时实行两线制串行方式进行通讯。SD2300A数据传输时序为：开始条件→数据传输→确认→停止条件。SD2300A数据传输全部采用8位序列。SD2300A往往采用从指定的内部地址、从指定的内部地址（与前一种不同）及直接方式读取数据。本顶板离层监测系統设计采用第二种数据读取方式，即经传输模式寄存器来实现对SD2300A数据传输方向的改变（寄存器传输模式设为0100），且寄存器地址的读取范围为0.1H-0.6H。（2）外部EEPROM数据存储子程序设计：外部EEPROM多用来完成对采集分站离层变化值的存储，即当离层变化被监测到后，传输分站所接收到的数据帧的变化标志置1，如此当传输分站接收到返回的数据帧后，此置1数据帧直接被过滤，同时对时钟芯片的当前时钟进行读取，最终再对时钟数据及接收到的数据帧进行重组，并直接存入外置EEPROM。24LC256支持SD2300A设置的I2C两线制串行通讯方式，且存储空间达256Kbit，且除24LC256满足页面写功能的要求外，24LC256与实时时钟的数据传输时序类似。传输分站所接收到的离层数据帧全部采用十六进制进行编码，且时钟数据采用BCD码，即转换离层数据为BCD码→拆分时钟数据与被转换数据→重组数据。PIC18F6585开展I2C的通讯过程，可采用主控与从动工作模式，而本顶板离层监测系统选择主控工作模式，且外部晶振、I2C通讯速率、BRG寄存器值分别为4MHz、100KHz、28H。
四、结语
研究表明，煤矿巷道顶板离层往往受到地应力、围岩力学性质、围岩结构、锚杆支护参数、巷道断面、护巷煤柱尺寸等的影响。目前，我国煤矿巷道顶板离层多采用机械式顶板离层仪进行监测，且采取现场观测及手工抄录的方式进行数据的记录，由此导致观测误差大、数据实时性差及数据集中性差。为此，本文认为必须尽快建立起完善的煤矿巷道顶板离层监测系统，以此为控制煤矿巷道顶板事故的发展提供保障。
参考文献
[1] 刘杰，刘志刚，刘明清等.基于LabVIEW的煤矿巷道顶板监测系统设计[J].金属矿山，2014（4）.
[2] 冯静.基于网络的煤矿巷道顶板离层计算机监测预报系统研究[J].煤炭技术，2013（5）.
[3] 贾后省，郭书英，王雪颖等.巷道顶板多点离层监测仪的设计与应用[J].煤炭工程，2012（9）.
[4] 韩庆福，郭守坤，袁守信等.KJD25Ⅰ顶板离层报警计算机监测系统在桑树坪煤矿的应用[J].企业文化（中旬刊），2012（6）.
[5] 周李兵，孙骏驰.煤矿巷道顶板离层监测系统设计[J].工矿自动化，2012（4）.
[6] 孙智.基于M-BUS总路线的煤巷顶板离层监测系统[J].中国新技术新产品，2012（13）.
[7] 殷大发.初掘巷道围岩稳定监测系统研制及应用[J].煤矿开采，2013（5）.
[8] 马甲年.顶板离层监测在屯留矿回采巷道中的应用[J].科技创新与应用，2013（25）.
[9] 赵佰亭，祝龙记，魏蓝蓝等.煤矿巷道顶板离层结构健康监测系统设计[J].工矿自动化，2013（9）.
[10] 程晓峰.煤巷锚杆支护质量监测系统的设计与应用[J].中州煤炭，2012（11）.
[11] 李迎锋，张西京.KJ765矿用顶板压力监测系统在关岭山煤矿的应用[J].电子世界，2014（11）.
[12] 王琦.深部厚顶煤巷道围岩破坏控制机理及新型支护系统对比研究[D].山东大学，2012.
关键词：煤矿巷道；顶板离层；监测系统设计
一、研究背景
据统计数据显示，我国煤矿事故伤亡人数约占世界煤矿事故伤亡总人数的80%，且顶板事故的发生率远超过其他煤矿事故，由此使国家、社会、家庭及个人蒙受巨大损失。另据统计数据显示，2002年-2012年，我国煤矿致人死亡的顶板事故共计3372起，约占煤矿致人死亡总事故的43%。为此，国家安全生产监督管理总局指出：煤矿企业必须逐步就采煤工艺及采煤方法进行改革，同时加强煤矿巷道顶板支护及完善煤矿巷道顶板监测系统，特别应就分布着冲击地压灾害及矿山压力的矿井配备完善的预警预报装备。煤矿顶板岩层属典型的层状结构，且顶板岩层与岩层间的离层对顶板的失稳破坏起预示作用，因此煤矿巷道顶板支护过程，多以离层大小为顶板支护效果的判断依据。可见，对煤矿巷道顶板离层监测系统设计的研究具有现实意义。
二、煤矿巷道顶板离层监测系统的结构
煤矿巷道顶板离层监测系统由井下部分及地面部分组成，其中井下部分由位移传感器、采集及传输分站组成，用以完成对离层数据进行现场采集及观测；地面部分由远程数据传输接口及上位机组成，即经光纤把数据从传输分站传送至上位机，由此实现对数据进行在线的实时处理。煤矿巷道顶板离层监测系统的井下部分共设位移传感器20台、采集分站20台及传输分站1台，同时煤矿巷道内，每间隔50m设采集分站1台，且采集分站与位移传感器相互连接。此外，采用CAN总线实现采集与传输分站间的数据通信，且各采集分站及传输分站均为CAN总线的独立运行节点。下文就煤矿巷道顶板离层监测系统的相关组成部分进行简单介绍：
（一）位移传感器
位移传感器是用来转化顶板离层位移信号为电脉冲信号，并传输至采集分站的装置。该系统内，位移传感器被固定到巷道顶板位置，而传感器内部的2根钢丝绳分别被固定到顶板上方钻孔的中深及浅基点。
（二）采集分站
采集分站具备CAN总线通信、PS/2键盘接口、信号采集及液晶显示等功能，因此能够实现对传感器脉冲信号的实时采集与处理，从而完成数据的现场显示及经CAV总线传送至传输分站，并能实现超限预警。
（三）传输分站
传输分站具备数据存储及远程传输、信息巡检等功能，且传输分站内设DC18V/1A矿用隔爆兼本安型电源，用以为系统供电。
（四）远程数据传输接口
远程数据传输接口采用RS-232单模光纤转换模块，并经单模光缆与传输分站相连及经RS-232连接线与计算机相连。
（五）上位机
上位机采用6.52开发平台，且具备数据柱状图显示→数据存储→数据查询→曲线分析→网络分布等功能。总体而言，本巷道顶板离层监测系统采用由底层至上层、由硬件至软件的设计方案。
三、煤矿巷道顶板离层监测系统设计
本文笔者结合相关文献资料，着重就顶板离层监测系统井下部分的位移传感器、采集分站及传输分站设计进行讨论。
（一）位移传感器设计
位移传感器（线性传感器）的种类很多，而目前应用较广且应用效果更优的传感器为光栅传感器。实践证实，光栅传感器具有使用可靠、安全方便、人为读数误差低、抗干扰能力强、精确度高及易实现数字化的优点。结合前文内容，本节着重从机械设计角度浅析位移传感器的设计：
煤矿巷道顶板离层位移传感器共设长/短2根钢丝，且钢丝两端分别与巷道顶板及各自的齿轮轴相接。位移传感器的长钢丝绳被固定到距离顶板上表面约6m-8m的位置，即为深基点；短钢丝绳被固定到距离顶板上表面约2m-3m的位置，即为浅基点。齿轮的齿宽与相邻齿间缝宽相等。周长由栅距等分为n份，因此周长为栅距与等分数的乘积。若钢丝绳朝前拉动1mm，则齿轮转动1个栅距，同时齿轮的光电开关输出1个单脉冲信号。若顶板发生下沉现象，则巷道顶板的位移传感器亦会发生下沉现象，如此拉动齿轮便会被传感器内设的钢丝绳拉动。据此可知，光电开关输出的脉冲总数与钢丝绳移动的直线距离相等，此乃顶板的离层位移距离。若浅基点下方顶板发生离层位移现象，且深/浅基点的基准点始终保持稳定状态，则2根钢丝绳被同步拉伸，如此深/浅基点同步发出信号；若深/浅基点间发生离层现象，则顶板下沉会使浅基点发生下沉现象，但仅深基点的钢丝绳被拉伸，同时也仅有深基点输出信号；若深基点上方顶板发生离层现象，则顶板下沉会带动深/浅基点的基准点下沉，但2根钢丝绳的长度始终保持不变，且深/浅基点均不会输出信号。
（二）采集分站设计
采集分站由CAN总线通讯模块、PS/2数字键盘接口模块、液晶显示模块、脉冲信号采集模块、电源供电模块及PIC18F6585组成，同时按下列步骤实现各项功能：脉冲信号实时采集→数据实时存储→数据实时液晶显示→初始参数设置→CAN总线通信等。该顶板离层监测系统采集分站的处理器选用PIC18F6585型单片机，以增强系统的集成度与运行的可靠性及降低系统的功能等。结合采集分站的设计要求，本文分别从硬/软件设计角度浅析采集分站的设计：
1.硬件设计。采集分站硬件设计包括供电模块设计、脉冲信号采集模块设计、液晶显示模块设计、PS/2键盘输入模块设计、CAN总线模块设计。本节着重就前3个模块的设计进行简单介绍。（1）供电模块设计：顶板离层监测系统的井下部分由18v/1A型隔爆兼本安型的电源完成供电，同时采集分站主板的外接液晶显示屏及全部芯片均由单一5V完成供电，以降低电压转换能量的损失量，因此采集分站的供电过程设一级DC-DC转换，而DC-DC转换选用7VCD-36VCD输入、5VCD输出的BKRD12S05-5W型集成DC-DC模块，以发挥自动恢复、过/过压及短路保护等功能。（2）脉冲信号采集模块设计：位移传感器输出的脉冲信号为标准的0-5V方波，因此单片机的RB4/5分别与位移传感器的信号输出端相接。单片机对源自位移传感器的脈冲信号的响应方式为外部边沿触发中断方式，以确保顶板发生离层现象时，采集分站能够对位移传感器发出的脉冲信号进行实时采集。（3）液晶显示模块设计：该顶板离层监测系统的采集分站选用LM3033B-OBR3型液晶显示模块，以发挥液晶显示模块控制简单及体积小等优点。另外，LED背景灯的VDD与BLA间串联1个光敏电阻和120Ω电阻，以控制采集分站运行过程的功耗。 2.软件设计。采集分站软件设计由主程序设计、液晶显示子程序设计、脉冲采集子程序设计、PS/2数字键盘设置子程序设计、数据存储子程序设计及CAN通信子程序设计组成，如此按下列步骤实现各项功能：数据采集→设置→存储→CANBus通讯等功能。本节着重就前3个子程序的设计进行简单介绍。（1）液晶显示子程序设计：采集分站的液晶显示方式为并行通讯方式。液晶屏幕显示的内容有深/浅基点差值、深/浅基点当前值及分站编号，同时当PS/2键盘接入液晶屏幕后，液晶屏幕自动跳转至参数设置界面。液晶屏幕显示子程序由液晶初始化及实时数据与参数设置显示组成。（2）脉冲采集子程序设计：位移传感器输出的脉冲信号为+5V方波，且各脉冲所代表的离层值为1mm，同时单片机结合所接收的脉冲数完成顶板离层值的记录。此外，RB4/5分别采集深/浅基点的脉冲信号，而单片机也完全依据RB4/5的电平变化中断状况实现响应。（3）PS/2数字键盘设置子程度设计：PS/2键盘具体履行双向同步串行协议，即数据线所发送的数据及时钟线所发送的脉冲均被读入，而由键盘发送至主机的所有数据则在时钟信号下降沿被读取。PS/2键盘所履行的串行协议的每帧均包含11位，即起始位1个（为0）、数据位8个（前低位后高位）、校验位1个（奇校验）及停止位1个（为1）。PS/2键盘采用10kHz-16.7 kHz的时钟频率，即时钟脉冲上升沿至数据转变的用时≥5μs，而时钟脉冲下降沿至数据变化的时间为5μs-25μs。另外，待发送停止位后及下个包发送前，设备的等待时间≥50ms。主机依据键盘所发送出的扫描码完成对键值的判断，而扫描码有通码及断码两种类型，且各键盘所分配的通码及断码具有唯一性。此外，以按下或按住键盘键的方式发送通码，以释放按键的方式发送断码。
（三）传输分站设计
传输分站多用来完成上位机与采集分站间的数据连接，即传输分站轮流查询各采集分站→传输分站暂存查询到的数据→待上位机发出的读取指令到达后，传输分站再把数据上传至上位机。与采集分站相比，传输分站同样采用PIC18F6585型单片机。传输分站设计由DC-DC电源模块设计、液晶显示模块设计、CAN总线通讯模块设计、外部时钟读取模块设计、外部EEPROM数据存储模块及远程数据传输模块设计等组成，其中前三部分的硬件设计与系统采集分站的对应部分相同。为此，本文仅就从下列方面浅析传输分站的硬/软件设计。
1.传输分站硬件设计。（1）时钟读取模块设计：传输分站内设有实时时钟模块，即若数据需存入EEPROM型存储器，则需先对当前的时间信息进行读取及对数据与时间进行整合。SD2300A型时钟芯片设有内置晶振、两线式串行接口及一次性电池，以确保即使外部断电，也能使时钟使用寿命>5年。此外，SD2300A的通讯方式为双线制串行方式，且能兼容I2C串行通信总线，但考虑到PIC18F6585仅设1个I2C串行通讯接口，且已被外置存储器占用，因此时钟读取模块采用RE3/4引脚，同时采取模拟I2C总线的方式与SD2300A实现通讯。（2）EEPROM数据存储模块设计：传输分站外置的EEPROM型存储器（256Kbit）能够存储的数据达5000组，因此能够有效规避通讯线路中断后的数据丢失。串行EEPROM型存储器24LC256的数据传输方式为两线制I2C方式，以实现对32K字节的数据进行存储。此外，24LC256的通讯方式为两线制串行方式，且SCL与SDA分别为时钟线及数据线，其中SDA能为数据及地址复用引脚，同时具备数据双向操作（输入/出）功能。本顶板离层监测系统传输分站的SDA线与10KΩ电阻相连，并上拉至VCC。
2.传输分站软件设计。传输分站软件设计由主程序设计、CAN通讯子程序设计、液晶显示子程序设计、时钟读取子程序设计、外部EEPROM存储子程序及远程数据传输子程序设计组成，以完成采集分站数据的轮流查询及显示、数据的变化存储及数据的实时上传等。本节着重就下列两部分的设计进行简单讨论。（1）时钟读取子程序设计：若采集分站把某些数据返回给传输分站，且数据帧内数据变化为高电平位，则对应采集分站监测点定已出现离层现象，因此该数据应被存入外置EEPROM，但数据存入前，必须对当前时间进行读取，而后再返回的数据帧进行重组，并同时存入EEPROM。结合前文可知，SD2300A设有I2C串行总线接口，同时实行两线制串行方式进行通讯。SD2300A数据传输时序为：开始条件→数据传输→确认→停止条件。SD2300A数据传输全部采用8位序列。SD2300A往往采用从指定的内部地址、从指定的内部地址（与前一种不同）及直接方式读取数据。本顶板离层监测系統设计采用第二种数据读取方式，即经传输模式寄存器来实现对SD2300A数据传输方向的改变（寄存器传输模式设为0100），且寄存器地址的读取范围为0.1H-0.6H。（2）外部EEPROM数据存储子程序设计：外部EEPROM多用来完成对采集分站离层变化值的存储，即当离层变化被监测到后，传输分站所接收到的数据帧的变化标志置1，如此当传输分站接收到返回的数据帧后，此置1数据帧直接被过滤，同时对时钟芯片的当前时钟进行读取，最终再对时钟数据及接收到的数据帧进行重组，并直接存入外置EEPROM。24LC256支持SD2300A设置的I2C两线制串行通讯方式，且存储空间达256Kbit，且除24LC256满足页面写功能的要求外，24LC256与实时时钟的数据传输时序类似。传输分站所接收到的离层数据帧全部采用十六进制进行编码，且时钟数据采用BCD码，即转换离层数据为BCD码→拆分时钟数据与被转换数据→重组数据。PIC18F6585开展I2C的通讯过程，可采用主控与从动工作模式，而本顶板离层监测系统选择主控工作模式，且外部晶振、I2C通讯速率、BRG寄存器值分别为4MHz、100KHz、28H。
四、结语
研究表明，煤矿巷道顶板离层往往受到地应力、围岩力学性质、围岩结构、锚杆支护参数、巷道断面、护巷煤柱尺寸等的影响。目前，我国煤矿巷道顶板离层多采用机械式顶板离层仪进行监测，且采取现场观测及手工抄录的方式进行数据的记录，由此导致观测误差大、数据实时性差及数据集中性差。为此，本文认为必须尽快建立起完善的煤矿巷道顶板离层监测系统，以此为控制煤矿巷道顶板事故的发展提供保障。
参考文献
[1] 刘杰，刘志刚，刘明清等.基于LabVIEW的煤矿巷道顶板监测系统设计[J].金属矿山，2014（4）.
[2] 冯静.基于网络的煤矿巷道顶板离层计算机监测预报系统研究[J].煤炭技术，2013（5）.
[3] 贾后省，郭书英，王雪颖等.巷道顶板多点离层监测仪的设计与应用[J].煤炭工程，2012（9）.
[4] 韩庆福，郭守坤，袁守信等.KJD25Ⅰ顶板离层报警计算机监测系统在桑树坪煤矿的应用[J].企业文化（中旬刊），2012（6）.
[5] 周李兵，孙骏驰.煤矿巷道顶板离层监测系统设计[J].工矿自动化，2012（4）.
[6] 孙智.基于M-BUS总路线的煤巷顶板离层监测系统[J].中国新技术新产品，2012（13）.
[7] 殷大发.初掘巷道围岩稳定监测系统研制及应用[J].煤矿开采，2013（5）.
[8] 马甲年.顶板离层监测在屯留矿回采巷道中的应用[J].科技创新与应用，2013（25）.
[9] 赵佰亭，祝龙记，魏蓝蓝等.煤矿巷道顶板离层结构健康监测系统设计[J].工矿自动化，2013（9）.
[10] 程晓峰.煤巷锚杆支护质量监测系统的设计与应用[J].中州煤炭，2012（11）.
[11] 李迎锋，张西京.KJ765矿用顶板压力监测系统在关岭山煤矿的应用[J].电子世界，2014（11）.
[12] 王琦.深部厚顶煤巷道围岩破坏控制机理及新型支护系统对比研究[D].山东大学，2012.