煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 鵬（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,712000）

煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張 鵬
（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,712000）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為工業(yè)的發(fā)展奠定了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，近幾年來(lái)，我國(guó)工業(yè)取得的飛速發(fā)展，已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)有經(jīng)濟(jì)中的命脈，我國(guó)工業(yè)中用煤量的不斷增加促進(jìn)了我國(guó)煤礦事業(yè)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，企業(yè)為了更好的提高經(jīng)濟(jì)效益，嵌入式系統(tǒng)逐漸進(jìn)入到企業(yè)中。本文分析了我國(guó)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

煤礦監(jiān)控系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)工業(yè)逐漸進(jìn)入現(xiàn)代化、正規(guī)化、科技化的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)中用煤量不斷增加促進(jìn)了我國(guó)煤礦事業(yè)的發(fā)展。煤礦開(kāi)采主要都是在井下作業(yè)，而井下地理環(huán)境惡劣，地勢(shì)復(fù)雜，很容易發(fā)生安全事故。近年來(lái)，在我國(guó)煤礦事業(yè)中，安全事故頻頻發(fā)生，主要就是因?yàn)槊旱V監(jiān)控系統(tǒng)不能對(duì)井下作業(yè)進(jìn)行有效的監(jiān)控，從而不能做到防范以未然。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日益更新，嵌入式技術(shù)得到了快速發(fā)展，現(xiàn)代化的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)成熟，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。在我國(guó)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中，運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)，能夠有效的監(jiān)控到井下作業(yè)狀況，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)安全隱患，杜絕安全事故的發(fā)生。

1 嵌入式系統(tǒng)的基本內(nèi)容

1.1 嵌入式系統(tǒng)的含義

嵌入式系統(tǒng)是一種監(jiān)控機(jī)械設(shè)備的系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，反應(yīng)了我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平。嵌入式系統(tǒng)是面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體的應(yīng)用相結(jié)合才能具有價(jià)值，它與個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)必須是要帶有特定要求的預(yù)定才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)作，而且這種系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，通常設(shè)計(jì)人員可以對(duì)這種系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸來(lái)降低成本?？偟膩?lái)說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)就是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為中心，對(duì)機(jī)器、裝置、工廠等一些規(guī)模較大的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

1.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.2.1 實(shí)用性強(qiáng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)高速發(fā)展的需要，為了杜絕安全隱患，避免安全事故發(fā)生，嵌入式系統(tǒng)中與先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，在應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗方面都有很嚴(yán)格的要求，能夠有效的起到監(jiān)控作用。

1.2.2 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)越發(fā)的成熟。嵌入式系統(tǒng)中，利用了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的數(shù)字化監(jiān)控，利用互聯(lián)網(wǎng)，不受地形和距離的限制，使得監(jiān)控信號(hào)穩(wěn)定清晰，節(jié)省了大量的人力，有效的提高了工作效率。

2 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展提供了動(dòng)力，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也逐漸成熟起來(lái)。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，為了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境中贏得屬于自己的市場(chǎng)，企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，加大監(jiān)控力度，有效的控制了成本支出，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益。自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，工業(yè)蓬勃發(fā)展，規(guī)模不斷壯大，嵌入式技術(shù)也已經(jīng)全面的發(fā)展，逐漸地已經(jīng)取代傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)融合，信息時(shí)代已經(jīng)走了一個(gè)高峰，數(shù)字化時(shí)代使得嵌入式技術(shù)獲得了巨大的發(fā)展契機(jī)，為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了廣闊的前景。目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)深入到通信、消費(fèi)、軟件開(kāi)發(fā)、集成電路、交通、等行業(yè)里。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦工業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)中也很好的運(yùn)用到了嵌入式系統(tǒng)，為煤礦事業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)，隨著煤礦事業(yè)的發(fā)展，煤礦規(guī)模不斷擴(kuò)大，井下作業(yè)難度不斷增加，嵌入式系統(tǒng)在我國(guó)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的發(fā)展還有的很大的距離。

3 煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用可對(duì)井下作業(yè)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理，利用計(jì)算信息化技術(shù)，對(duì)井下作業(yè)的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的狀況、地勢(shì)環(huán)境狀況、空氣質(zhì)量以及人工狀況監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳送到中央監(jiān)控主機(jī)，然后工作人員根據(jù)監(jiān)控主機(jī)上得到的信息可以遠(yuǎn)程對(duì)井下設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)控，對(duì)其故障先兆做出判斷和預(yù)測(cè)，采取有效措施解決問(wèn)題，保證大型機(jī)組安全運(yùn)行，防止惡性事故的發(fā)生，避免了定期檢修引起的生產(chǎn)停頓，起到預(yù)防和消除故障的作用，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性和有效性。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)我國(guó)煤礦井下作業(yè)的基本狀況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了更好的對(duì)井下作業(yè)進(jìn)行有效的監(jiān)控，嵌入式系統(tǒng)在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包括數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控系統(tǒng)、中央監(jiān)控系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)。在我國(guó)當(dāng)今的煤礦工業(yè)中，大多數(shù)是集中的在井下作業(yè)，煤礦自身的監(jiān)控系統(tǒng)不能有效的對(duì)井下作業(yè)動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和管理，運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，利用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)井下的地勢(shì)環(huán)境、空氣質(zhì)量等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)信息處理系統(tǒng)傳送到中央監(jiān)控系統(tǒng)，中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息向井下發(fā)送正確數(shù)據(jù)信息，從而便于井下安全作業(yè)，杜絕安全隱患，對(duì)煤礦井下作業(yè)監(jiān)控就是對(duì)井下瓦斯安全進(jìn)行監(jiān)控，保障作業(yè)安全，如圖一所示。

圖一 井下煤礦瓦斯安全監(jiān)測(cè)

3.2 攝像與線路設(shè)計(jì)

我國(guó)煤礦工業(yè)的開(kāi)采多集中在井下作業(yè)，由于井下地市環(huán)境差，能見(jiàn)度低，空氣濕氣較大，煤礦嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)要想更好的對(duì)井下實(shí)行監(jiān)控，做好井下安全作業(yè)，安全監(jiān)控和管理，在井下進(jìn)行攝像與線路設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。煤礦嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)井下的地勢(shì)環(huán)境，進(jìn)行攝像機(jī)的安裝，在安裝的時(shí)候要根據(jù)攝像機(jī)自身的特性，進(jìn)行合理的安裝，保障攝像機(jī)的使用壽命的性能。攝像機(jī)采用分體式的分布在井下，在井下尋找最佳的位置來(lái)安裝機(jī)箱，同時(shí)要做好電路設(shè)計(jì)，連接好井下到中央監(jiān)控系統(tǒng)之間的線路，便于攝像機(jī)能夠及時(shí)的將井下的圖像信息傳送到中央監(jiān)控系統(tǒng)，從而有利于中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)圖像信息才進(jìn)行更加規(guī)范的指導(dǎo)，如圖二所示。

圖二 線路設(shè)計(jì)協(xié)議結(jié)構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)信息通信處理設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)好中央監(jiān)控系統(tǒng)和攝像線路設(shè)計(jì)后，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)候，攝像機(jī)將井下的動(dòng)態(tài)以圖像的像是通過(guò)信息處理系統(tǒng)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)，中央監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)攝像機(jī)傳來(lái)的圖像詳細(xì)進(jìn)行指令下達(dá)，中央監(jiān)控系統(tǒng)為井下下達(dá)的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)為井下作為提供規(guī)范的指導(dǎo)。通信處理在接到中央監(jiān)控系統(tǒng)的指令后，根據(jù)這一指令的信息內(nèi)容并將這一指令棒冰在某一服務(wù)器的端口上，向井下傳送中央監(jiān)控系統(tǒng)的指令信息，井下操作系統(tǒng)在接收到這一指令后，為井下安全作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)。

3.4 軟件設(shè)計(jì)

嵌入式煤礦監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序主要運(yùn)行于嵌入式控制器，中央監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)手法和處理數(shù)據(jù)，并對(duì)相應(yīng)的外設(shè)進(jìn)行控制。

圖三 應(yīng)用程序流程圖

圖三所示，這種嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用程序采用看看守進(jìn)程和指令執(zhí)行進(jìn)程，系統(tǒng)的看守程序負(fù)責(zé)接總線端口。網(wǎng)絡(luò)端口以及數(shù)據(jù)的傳輸，嵌入式煤礦監(jiān)控系統(tǒng)初始化后運(yùn)行看守進(jìn)程，對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)站的服務(wù)進(jìn)行監(jiān)控，在接受到服務(wù)指令后，先根據(jù)指令的內(nèi)容進(jìn)行分析判斷，最后將指令傳送給執(zhí)行進(jìn)程去執(zhí)行，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)接受的指令來(lái)進(jìn)行規(guī)范的信息處理，從而判定煤礦井下作業(yè)是否安全。

4 結(jié)語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)三網(wǎng)融合下，計(jì)算機(jī)技術(shù)在日常生活當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用，信息數(shù)字化技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代化時(shí)代的標(biāo)志，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，煤礦監(jiān)控系統(tǒng)也將走向數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化的發(fā)展道路。在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中，運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)，可以有效的提高煤礦井下作業(yè)的安全性，通過(guò)對(duì)井下的各種形勢(shì)進(jìn)行監(jiān)控，為井下作業(yè)提供規(guī)范、合理、安全的作業(yè)指導(dǎo)，杜絕安全事故的發(fā)生。

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張鵬（1968.2）男；民族：漢；籍貫：河南滑縣；學(xué)歷:本科；職稱:講師；職務(wù):教師

Design and application of embedded system in the coal mine monitoring system

Zhang Peng
(Shaanxi Energy Institute,712000)

The economic development of China for the development of industry laid a solid economic foundation,in recent years,the rapid development of industry in our country has already become the lifeblood of our state-owned economy,increasing coal use in the industry of our country to promote the development of the coal mine enterprise in our country.With the constant innovation and development of science and technology,the enterprise in order to better improve the economic benefit,the embedded system into the enterprise gradually.This paper analyzes the present situation of the application of embedded system in our country,discusses the application of the embedded system in the coal mine monitoring and control system.

coal mine monitoring and control system;Embedded system; Design and application