嵌入GPS的嵌入式系統(tǒng)在煤礦安全測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

朱金升 高興 魏鵬飛

【摘要】 當(dāng)前我國的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展過程中，在應(yīng)用技術(shù)的實(shí)際作用發(fā)揮層面就比較顯著。煤礦安全事故頻頻發(fā)生，其中很大一部分因素就是在安全測控方面沒有得到優(yōu)化，本文主要就煤礦安全測控系統(tǒng)中嵌入GPS的嵌入式系統(tǒng)特征及開發(fā)模式進(jìn)行分析，然后就井下檢測站硬件以及系統(tǒng)任務(wù)劃分調(diào)度詳細(xì)分析，希望有助于實(shí)際的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 嵌入式 煤礦 安全測控系統(tǒng)

我國在煤礦的安全問題上比較突出，尤其是在井下瓦斯爆炸所引起的安全事故比較明顯，所以對瓦斯氣體的檢測就比較重要。通過裝有GPS的嵌入式系統(tǒng)，在煤礦安全測控系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，就能夠及時(shí)的對不安全因素得以排除，從而跟蹤和保障人員的生命安全。GPS具有跟蹤定位功能，本文不做詳述。

一、嵌入式系統(tǒng)特征與開發(fā)模式分析

1.1嵌入式系統(tǒng)特征

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在生活生產(chǎn)中已經(jīng)有了深度滲透，嵌入式系統(tǒng)也是當(dāng)前比較熱門的概念，根據(jù)專業(yè)的定義就是控制監(jiān)視以及輔助設(shè)備，機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置。當(dāng)前人們在對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行講解過程中，主要是對操作系統(tǒng)角度來說的。嵌入式系統(tǒng)在架構(gòu)上能夠分成存儲器以及處理器和I/O、軟件系統(tǒng)幾個(gè)重要的部分（如下圖1示）[1]。

嵌入式的系統(tǒng)有著比較突出的特點(diǎn)，系統(tǒng)的內(nèi)核比較小，通常是應(yīng)用在小型電子裝置中，所以在系統(tǒng)的資源上就比較有限。再者有著比較強(qiáng)的專業(yè)性，其中軟硬件系統(tǒng)的結(jié)合度比較高，通常會對硬件實(shí)施系統(tǒng)移植。而在系統(tǒng)的精簡特征以及高實(shí)時(shí)性的特征層面也比較突出。另外嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)過程中，需要專門的開發(fā)工具以及環(huán)境。這些特征在嵌入式系統(tǒng)的界定層面就比較明確化。

1.2嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式分析

嵌入式的應(yīng)用軟件在開發(fā)中要有比較強(qiáng)大的開發(fā)工具以及操作系統(tǒng)的支持，未來的嵌入式設(shè)備為能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求得到適應(yīng)，就在硬件上提供的網(wǎng)絡(luò)通信接口要求上有著提高。嵌入式操作系統(tǒng)比較多樣，總體上能夠分為免費(fèi)型以及商用型，其中在商用型的操作系統(tǒng)主要有Vxwork，WindowsCE3.0，Palm0，QNX[2]。在免費(fèi)的操作系統(tǒng)方面主要有Linux，uC/05一11。

從嵌入式的系統(tǒng)開發(fā)模式層面看，比較常用的就是宿主機(jī)和目標(biāo)板的方式，在通用PC上實(shí)施編程，之后在交叉編譯實(shí)施連接，并把程序翻譯成目標(biāo)平臺上能夠運(yùn)行的二進(jìn)制代碼。接著就將程序下載到目標(biāo)平臺上的特定位置。開發(fā)模式中的宿主機(jī)就是建立交叉編譯環(huán)境的機(jī)器，采用通用的操作系統(tǒng)來進(jìn)行編譯以及編輯軟件等工具的運(yùn)行。目標(biāo)板就是目標(biāo)程序運(yùn)行的硬件平臺，通過嵌入式操作系統(tǒng)操作。

二、井下檢測站硬件和系統(tǒng)任務(wù)劃分調(diào)度

2.1井下檢測站硬件

井下檢測站硬件是煤礦安全測控系統(tǒng)中的核心，在功能上也是多樣的。其中對瓦斯的檢測功能方面，主要有對激光分路和合路以及光電探測器等內(nèi)容的檢測，其中在微處理器方面主要是實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛染偷匮貦z測。還有是CAN總線光纖轉(zhuǎn)換電路，通過光纖轉(zhuǎn)換器以及輸出的電信號送到微處理器的CAN總線接口[3]。

另外在設(shè)備的控制以及參數(shù)檢測方面，是通過八路模擬量輸入，以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)輸入所組成的，總體的功能來完成溫度和相關(guān)參數(shù)的檢測以及預(yù)算等。最后就是遠(yuǎn)程報(bào)警的功能，主要是通過485接口來進(jìn)行連接微型的報(bào)警器單片，從而實(shí)現(xiàn)的井下遠(yuǎn)程報(bào)警的操作，而每個(gè)遠(yuǎn)程報(bào)警器能夠和瓦斯探頭安裝在一起。井下檢測站已經(jīng)具備了LED顯示和本地報(bào)警的功能，而由于井下條件相對比較復(fù)雜化，所以曠工就可能在離檢測站有一定距離的地方進(jìn)行工作，不能夠及時(shí)對報(bào)警的鈴聲聽到，這就要在瓦斯檢測處進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置過程中通過485總線以及多路接口進(jìn)行對微型報(bào)警器加以連接，就能有效實(shí)現(xiàn)井下遠(yuǎn)程報(bào)警。

2.2 嵌入式系統(tǒng)任務(wù)劃分調(diào)度

對嵌入式的操作系統(tǒng)應(yīng)用中，需要對μC/OS- II進(jìn)行移植，在對其移植成功之后，就要結(jié)合實(shí)現(xiàn)的功能對整個(gè)系統(tǒng)劃分并行的任務(wù)。通過占先式操作系統(tǒng)就要能夠按照任務(wù)的優(yōu)先級高低對任務(wù)實(shí)施調(diào)度安排。在此次的系統(tǒng)當(dāng)中各任務(wù)排列的順序主要是hi對瓦斯檢測任務(wù)以及模擬量調(diào)度任務(wù)和設(shè)備開停狀態(tài)檢測任務(wù)等。在系統(tǒng)上電之后，瓦斯的檢測任務(wù)優(yōu)先級最高也是最先進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)的[4]。

對實(shí)際安全檢測任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行過程中，在對瓦斯超限檢測之后就會立即響應(yīng)報(bào)警和設(shè)備的開?？刂啤Ｈ绻窃谡Ｇ闆r下瓦斯檢測任務(wù)執(zhí)行之后會進(jìn)入到掛起狀態(tài)，然后通過CPU使用權(quán)將其他的任務(wù)得以正常化運(yùn)行，進(jìn)而再按照優(yōu)先權(quán)的級別順序進(jìn)行運(yùn)行。設(shè)備開停狀態(tài)檢測任務(wù)以及設(shè)備狀態(tài)等能在延時(shí)時(shí)間間隔內(nèi)得到有效執(zhí)行。通過這一系統(tǒng)的應(yīng)用就能有效將安全性能得以提升。

結(jié)語：對于煤礦的安全測控系統(tǒng)的保障，在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用下，特別是嵌入GPS功能的嵌入式系統(tǒng)下，能夠得到很大程度的優(yōu)化。在此次的理論研究中，從系統(tǒng)的開發(fā)模式以及結(jié)構(gòu)特征等方面進(jìn)行了分析，然后對系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行了闡述，希望在此次研究下能對這一系統(tǒng)有更深的認(rèn)識。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張樂芳，李超. 嵌入式技術(shù)在煤礦排水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 煤炭技術(shù). 2013（10）

[2] 陳彩明，謝承玲，劉洪林，劉堂宇. 一種礦工智能帽的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2013（08）

[3] 夏月星，張俊平，路麗娟. 聚合系統(tǒng)供電電源的技術(shù)改造[J]. 自動化應(yīng)用. 2014（08）

[4] 汝彥冬. 新型井下測控分站的設(shè)計(jì)[J]. 自動化儀表. 2014（06）