于 平

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，江蘇徐州 221008）

基于ARM的閘間隙報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

于 平

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，江蘇徐州 221008）

主要介紹了基于ARM的閘間隙報(bào)警系統(tǒng)硬件構(gòu)成、WINCE的軟件環(huán)境，采用北京阿爾泰生產(chǎn)的ARM8019作為處理器，在基于WINCE系統(tǒng)下，對(duì)影響閘間隙的相關(guān)超限參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并引發(fā)語(yǔ)音報(bào)警功能，確保礦井提升機(jī)的安全運(yùn)行。

礦井提升機(jī)；盤形閘；閘間隙報(bào)警；ARM8019；WINCE

0 引言

盤形閘[1]是煤礦提升裝置中重要的配套設(shè)備，是保證提升裝置安全運(yùn)行的關(guān)鍵部分，提升裝置所有電控保護(hù)裝置的最后執(zhí)行元件就是盤形閘，而閘盤與制動(dòng)盤的間隙決定了提升裝置在緊急制動(dòng)時(shí)的安全可靠性。為了測(cè)量盤形閘與制動(dòng)盤之間的動(dòng)態(tài)工作間隙[2]并實(shí)現(xiàn)報(bào)警或斷電，對(duì)礦井提升機(jī)的閘間隙進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控具有很重要的安全意義。

為此，本文考慮采用嵌入式主板實(shí)現(xiàn)對(duì)閘間隙的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)觸發(fā)語(yǔ)音報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井提升機(jī)安全工作的監(jiān)測(cè)。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)越性在于實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井提升機(jī)的安全實(shí)時(shí)監(jiān)控，其操作簡(jiǎn)單、小型化，對(duì)超限問(wèn)題處理速度快，使其在相關(guān)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要由微處理器單元、數(shù)據(jù)采集單元、隔離電路單元以及語(yǔ)音輸出單元、LCD顯示等部分組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。

系統(tǒng)采用ARM處理器[3]，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)處理以及在LCD顯示屏上的動(dòng)態(tài)顯示，并觸發(fā)語(yǔ)音報(bào)警。系統(tǒng)的CPU采用北京阿爾泰的一款A(yù)RM10系列ARM8019開(kāi)發(fā)板，ART8019是結(jié)合PC104總線規(guī)范設(shè)計(jì)的一款高性價(jià)比、功耗極低的工業(yè)級(jí)嵌入式主板，其CPU主頻高達(dá)520 MHz，并配有PC104總線接口、音頻輸出接口、通訊接口等。對(duì)于數(shù)據(jù)采集，則是通過(guò)PC104總線接口由ART2007模塊采集，并由CPU對(duì)其相應(yīng)的影響因素進(jìn)行綜合考慮，得出準(zhǔn)確、可比較的基準(zhǔn)值，分時(shí)進(jìn)行采集，從而保證了數(shù)據(jù)采集的正常運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2 ART2007采集模塊

ART2007數(shù)據(jù)采集卡是北京阿爾泰公司的一種基于PC104總線的數(shù)據(jù)采集卡，可實(shí)現(xiàn)對(duì)32路單端模擬信號(hào) (或雙端16路模擬信號(hào))和16路數(shù)字量進(jìn)行采集。選取的數(shù)據(jù)采集卡與ART8019配套，有利于提高數(shù)據(jù)采集的路數(shù)和數(shù)據(jù)采集的處理速度。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

鑒于廠家預(yù)裝的Windows CE實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)[4]，系統(tǒng)軟件部分主要完成對(duì)功能程序的編寫(xiě)。在該系統(tǒng)下，采用Embedded Visual C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用C++進(jìn)行編程，完成對(duì)礦井提升機(jī)的相關(guān)參數(shù)(如閘間隙、油壓、電磁閥閥芯位置及帶電狀態(tài)等)的監(jiān)控的程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、超限報(bào)警等，并進(jìn)行LCD動(dòng)態(tài)顯示。

2.1 Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)及程序開(kāi)發(fā)工具

Windows CE是為各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種壓縮、可升級(jí)的操作系統(tǒng)[5]。其多線性、多任務(wù)、全優(yōu)先的操作系統(tǒng)環(huán)境是專門為解決設(shè)備資源有限的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。這種模塊化設(shè)計(jì)使嵌入式系統(tǒng)便于定做各種產(chǎn)品。WINCE系統(tǒng)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具首選Embedded Visual C++，它是WINCE的開(kāi)發(fā)工具之一?；赩C++語(yǔ)言的編程軟件，由于其實(shí)現(xiàn)了界面設(shè)計(jì)與編程相結(jié)合，因而在WINCE開(kāi)發(fā)領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。

該設(shè)計(jì)采用Embedded Visual C++，在WINCE平臺(tái)下采用C++語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)安全運(yùn)行的監(jiān)控功能。

2.2 系統(tǒng)基本功能程序設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)需求，在WINCE操作系統(tǒng)啟動(dòng)之前，先對(duì)其進(jìn)行初始化操作。在硬件初始化完成后，WINCE可進(jìn)行各任務(wù)程序的調(diào)度。

(1)數(shù)據(jù)采集單元是采用ART2007數(shù)據(jù)采集卡來(lái)完成的，其具體過(guò)程為：采樣數(shù)據(jù)隔離、初始化模塊、讀取A/D轉(zhuǎn)換值。

(2)參數(shù)設(shè)置單元是通過(guò)對(duì)MFC文件類的基類的讀寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的保存和讀取。

(3)故障查詢單元中記錄的保存、查詢，其本質(zhì)等同于參數(shù)的保存、讀取的方法。

(4)語(yǔ)音報(bào)警單元[6]是通過(guò)對(duì)類的操作，創(chuàng)建語(yǔ)音播放函數(shù)，調(diào)用MP3格式文件來(lái)播放語(yǔ)音、完成報(bào)警的。其是由嵌入式開(kāi)發(fā)板的音頻輸出接口輸出語(yǔ)音。

2.3 LCD動(dòng)態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)

LCD動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)現(xiàn)是設(shè)計(jì)的重中之重，其主要是通過(guò)開(kāi)發(fā)軟件Embedded Visual C++采用C++編程[7]語(yǔ)言來(lái)完成的。

2.3.1 X、Y坐標(biāo)軸顯示

LCD動(dòng)態(tài)顯示是在相應(yīng)的顯示界面的類下，通過(guò)創(chuàng)建二維坐標(biāo)函數(shù)C2DGraph()實(shí)現(xiàn)的。其編碼主要完成對(duì)坐標(biāo)軸背景、柵格、字體顏色、字體內(nèi)容以及坐標(biāo)軸的最大和最小值的程序編寫(xiě)。部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：

2.3.2 點(diǎn)值向屏幕坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

點(diǎn)值向屏幕坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)是在相應(yīng)的顯示界面的類下，通過(guò)創(chuàng)建函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。其編碼的過(guò)程為：首先，將點(diǎn)值轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)基準(zhǔn)值；其次，利用公式轉(zhuǎn)換，即可得坐標(biāo)值。部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：

2.3.3 LCD動(dòng)態(tài)顯示

LCD動(dòng)態(tài)顯示實(shí)現(xiàn)方法：在處理器處理完數(shù)據(jù)后，首先將點(diǎn)值轉(zhuǎn)換成屏幕坐標(biāo)值；其次，在屏幕曲線末增加屏幕坐標(biāo)值；最后，刪除曲線的第一個(gè)屏幕坐標(biāo)，而其他屏幕坐標(biāo)則相應(yīng)地前移一位。其具體的實(shí)現(xiàn)，主要是借助相關(guān)定義的GetPrev(posint)、GetNext(posint)、MoveTo (points[0].x,points[0].y)，通過(guò)函數(shù) C2DGraph::DeleteFirstPoint()，C2DGraph::AppendPoint( double dPointX,double dPointY)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.3.4 LCD動(dòng)態(tài)顯示界面

在未接入數(shù)據(jù)信號(hào)之前，LCD動(dòng)態(tài)顯示界面見(jiàn)圖2。

圖2 LCD動(dòng)態(tài)顯示界面

除LCD動(dòng)態(tài)顯示的關(guān)鍵函數(shù)代碼之外，該設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)背景色的設(shè)置、X/Y軸的字體、標(biāo)題、大小及控件的屬性等程序的編寫(xiě)，使其界面更友好。

3 結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)是基于ARM的閘間隙報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)ARM處理采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警、LCD動(dòng)態(tài)顯示功能。系統(tǒng)具有處理速度快、操作方便、節(jié)約成本、支持?jǐn)U展等優(yōu)點(diǎn)。相信隨著煤礦自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式的閘間隙報(bào)警系統(tǒng)必將有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1]張平，劉光軍，隋立國(guó).礦井提升裝置閘間隙保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2009(11)：129-131.

[2]王保國(guó).淺談提升機(jī)閘間隙監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用 [J].煤礦機(jī)電，2010(4)：107-109.

[3]張綺文，謝建雄，謝勁心.ARM嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4]張勇，曾熾祥，許波.Windows CE應(yīng)用程序設(shè)計(jì) [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[5]張冬泉，譚南林.Windows CE開(kāi)發(fā)實(shí)例精粹 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6]張晶，李心廣，王金礦.基于WINCE的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng) [J].微型電腦應(yīng)用，2008（24）：56-58.

[7]汪兵，李存斌，陳鵬，等.EVC高級(jí)編程及其應(yīng)用開(kāi)發(fā) [M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

Design of Gate Gap Alarm System Based on ARM

Yu Ping

The article introduces the hardware structure of gate gap alarm system based on ARM,the software running environment of WINCE.The system uses ARM8019 as processor,made by Beijing Altai Technology Development Company.Based on WINCE system,it can monitor actually relatively terminal parameters influencing gate gap,and triggers voice alarming function in time in order to ensure safe operation of the mine hoister.

mine hoister;disc brake;the alarming of gate gap;ARM8019;WINCE

TP274

B

1000-4866（2011）03-0008-03

于平，女，1985年出生，在讀碩士研究生，研究方向：控制工程。

2011-05-06

2011-05-26