礦井信息采集板功能設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)信息處理的實(shí)現(xiàn)

孫繼家

摘 要：Win CE 在實(shí)時(shí)信息處理以及調(diào)度方案方面效果是非常好的，因此，在礦產(chǎn)開采過程中得到了非常好的應(yīng)用，為了更好的保證礦產(chǎn)的開采，在信息采集板功能設(shè)計(jì)和核心板硬件組成方面要進(jìn)行更好的分析，這樣能夠更好的保證其在使用過程中獲得更好的效果。對相關(guān)的測試案例進(jìn)行分析能夠更好的對協(xié)議棧調(diào)度方案的可行性及性能更好的掌握，同時(shí)對協(xié)議通信數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性也是能夠進(jìn)行很好的掌握的。

關(guān)鍵詞：Win CE；信息采集板；調(diào)度方案

在進(jìn)行煤礦開采的時(shí)候，要對礦井的信息進(jìn)行采集，這樣能夠更好的保證在進(jìn)行施工和開采的時(shí)候不會出現(xiàn)更多的問題。煤礦在進(jìn)行開采的時(shí)候要對瓦斯?jié)舛?、煤塵以及風(fēng)壓和巷頂應(yīng)力情況進(jìn)行掌握，這樣才能更好的保證開采的安全性。在很多的信息采集設(shè)計(jì)方式上通常都是利用PLC對參數(shù)信息進(jìn)行采集的，這種方式在進(jìn)行信息采集的時(shí)候通常要花費(fèi)大量的時(shí)間，同時(shí)也存在著很多的重復(fù)工作情況，因此，再對礦井信息進(jìn)行采集的時(shí)候可以開發(fā)一套專用的信息采集板，這樣能夠更好的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息采集、存儲和計(jì)算，同時(shí)也能更好的實(shí)現(xiàn)信息的交換，這樣在系統(tǒng)速度方面是能夠進(jìn)行保證的。在信息采集模板開發(fā)的時(shí)候可以利用Win CE操作系統(tǒng)，這樣能夠更好的對多項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行完成，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信息調(diào)度問題。在進(jìn)行采集模板設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)f(xié)議棧調(diào)度方面也提出了更好的處理方式，這樣能夠更好的實(shí)現(xiàn)信息采集的自診斷和恢復(fù)功能。

1 信息處理智能模板設(shè)計(jì)

1.1 模板功能設(shè)計(jì)

信息處理模塊在功能方面只要包含著以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。信息處理模塊在計(jì)數(shù)功能方面要非常的快速，可以采用單線協(xié)議傳感器，這樣能夠更好的節(jié)省布線的距離，同時(shí)，在傳輸過程中也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性要求，也能更好的實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器同時(shí)使用的目的。在模擬量輸入方面效果也得到了更好的提高，在轉(zhuǎn)換精度方面效果是非常好的。在脈沖輸出功能方面效果也是非常好的，這樣能夠更好的與高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行更好的結(jié)合。為了更好的保證系統(tǒng)在進(jìn)行信息采集的時(shí)候能夠更好的實(shí)現(xiàn)其目的，對模塊進(jìn)行了保護(hù)，這樣能夠更好的對礦井的巷道環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)，在信息采集過程中不會出現(xiàn)更多的問題。在通信以及存儲方面也有很大的改進(jìn)，這樣能夠更好的保證數(shù)據(jù)的使用效果。

1.2 模板的硬件架構(gòu)

信息處理智能模板主體主要包括核心板、通道板和電源板三個(gè)部分。核心板是處理器設(shè)計(jì)方面的開放板，因此，其在最高頻率方面也存在著很大的不同，這樣就使得其能夠更好的在不同的接口上進(jìn)行使用。同時(shí)在外部儲存器接口方面也是存在著很大的不同。通道板通常在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，是有著兩種不同的選擇的，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般都會使用交叉開關(guān)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了多通道切換的情況，這樣在端口方面也是能夠進(jìn)行改善的。同時(shí)，在電源供電方面也是能夠更好的適應(yīng)工作環(huán)境的。通常情況下，模板的硬件構(gòu)架是能夠在非常惡劣的環(huán)境下進(jìn)行使用的，同時(shí)在進(jìn)行輸出的時(shí)候也能支持多個(gè)開關(guān)并聯(lián)使用的。電源板在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候通常是采用直流和交流自適應(yīng)供電的模式的，這樣能夠個(gè)更好的適應(yīng)環(huán)境的變化同時(shí)，也能更好的為核心板提供電能。

2 基于Win CE的實(shí)時(shí)信息處理與調(diào)度方案

Win CE操作系統(tǒng)在進(jìn)行操作的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了實(shí)時(shí)的軟件調(diào)度，在嵌入式系統(tǒng)中也得到了很好的應(yīng)用。在軟件調(diào)度器方面相對于硬件調(diào)度器靈活性是非常高的，同時(shí)，在操作方面也能更好的實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜任務(wù)調(diào)度的簡單操作。Win CE信息采集模板能夠完成多項(xiàng)任務(wù)的操作，同時(shí)在任務(wù)功能方面也能更好的進(jìn)行調(diào)度，這樣在進(jìn)行信息采集和處理的時(shí)候也能起到更好的效果，同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信以及數(shù)據(jù)傳輸方面也是能夠進(jìn)行更好的應(yīng)用，只要是利用TCP/IP協(xié)議棧調(diào)度和 USB協(xié)議棧調(diào)度。

2.1 多任務(wù)功能模塊調(diào)度

多任務(wù)功能模塊調(diào)度的實(shí)現(xiàn)策略在實(shí)現(xiàn)方面是非常的復(fù)雜的，在進(jìn)行調(diào)度器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的時(shí)候要面臨的問題也是非常多的，因此，為了更好的保證其使用效果，對其可以進(jìn)行更好的研究。在對硬件調(diào)度器進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，也是可以對軟件調(diào)度器進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此，信息處理智能模板在進(jìn)行軟件調(diào)度的時(shí)候，策略也是非常靈活的。調(diào)度器的主體部分通常包含著核心處理器，主要是對算法進(jìn)行調(diào)度。資源表可以對TCP/IP協(xié)議棧和USB協(xié)議棧的相關(guān)資料進(jìn)行儲存，這樣能夠更好的實(shí)現(xiàn)對核心調(diào)度算法的內(nèi)容進(jìn)行存儲。在任務(wù)表中，存儲任務(wù)通常都是在初始位置。在任務(wù)表中，可以能夠進(jìn)行擴(kuò)展的，這樣在儲存方面也是能夠更好的對存儲進(jìn)行選擇。

2.2 協(xié)議棧調(diào)度

TCP/IP協(xié)議棧調(diào)度。TPC/IP協(xié)議棧是一個(gè)分層的軟件系統(tǒng)，將其分成若干模塊，與Win CE操作系統(tǒng)緊密結(jié)合并提供API接口，API接口將協(xié)議棧功能以函數(shù)形式提供給應(yīng)用程序。TCP/IP核心協(xié)議棧包含緩沖系統(tǒng)、內(nèi)部調(diào)度與時(shí)間管理三個(gè)不同完成特定網(wǎng)絡(luò)功能的子模塊，在通信網(wǎng)內(nèi)發(fā)送接收數(shù)據(jù)，必須有網(wǎng)絡(luò)硬件接口，無論與硬件直接接口，還是通過Win CE操作系統(tǒng)間接實(shí)現(xiàn)，必須設(shè)置協(xié)議棧。

USB協(xié)議棧調(diào)度。USB協(xié)議棧包括設(shè)備協(xié)議層、協(xié)議控制層、數(shù)據(jù)交換層及電氣層。第一層實(shí)現(xiàn)設(shè)備的特定協(xié)議由設(shè)備的差異性決定。第二層實(shí)現(xiàn)協(xié)議調(diào)度與傳輸控制性能決定了整個(gè)協(xié)議棧功能的優(yōu)劣。第三層傳輸函數(shù)是整個(gè)協(xié)議層的核心，函數(shù)性能決定了整個(gè)USB總線的傳輸效率。該層包括主控與主機(jī)的交換函數(shù)，以及主控與設(shè)備的交換函數(shù)，后者通過USB總線信號與電氣層實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制互聯(lián)。

3 測試案例

測試裝置包括兩臺計(jì)算機(jī)，一塊信息采集板、一套支持One Wire協(xié)議的壓力傳感器，一套支持RS485通信協(xié)議的壓力傳感器，一套支持 RS232通信協(xié)議的壓力傳感器，及一套支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4-20mA電流信號的壓力傳感器。測試步驟如下。計(jì)算機(jī)A以USB方式連接信息采集板，接收串行數(shù)字信號；計(jì)算機(jī)B用以BCP/IP方式連接信息采集板，接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信息。支持One Wire、RS232及RS485協(xié)議類型的壓力傳感器，分別通過高速計(jì)數(shù)端口、RS232及RS485通信端口連接到信息采集板。支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4-20mA電流信號的壓力傳感器接入采集板模擬量輸入端子。分別給4個(gè)壓力傳感器輸入壓力序列共計(jì)10個(gè)，范圍變化較大，模擬礦井氣壓。計(jì)算機(jī)A以USB協(xié)議方式，接收來自4個(gè)壓力傳感器的壓力信號；計(jì)算機(jī)B以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議方式，接收來自4個(gè)傳感器的壓力信號。測試數(shù)據(jù)分析有以下幾種方法，針對每一個(gè)壓力值，無論采用One Wire、RS232及RS485數(shù)字協(xié)議，還是采用4-20mA電流環(huán)模擬信號；無論是通過USB協(xié)議棧調(diào)度，還是通過TCP/IP協(xié)議棧調(diào)度通信，均可獲得較一致的輸出。每一組包括2個(gè)數(shù)據(jù)，分別對應(yīng)TCP/IP通信和USB協(xié)議通信，經(jīng)過對比分析，說明兩類協(xié)議棧均可實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)采集。

4 結(jié)束語

對礦井信息種類進(jìn)行更好的分析，能夠更好的利用傳感器和變送器，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候也能更好的設(shè)計(jì)礦井信息采集智能模板，這樣能夠更好的利用傳感器中的信息集成單元，對遠(yuǎn)程信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，這樣在價(jià)格方面也是非常低廉，這樣能夠進(jìn)行更好的推廣。

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