基于ARM的閘間隙報警系統的設計

于 平

（中國礦業大學信息與電氣工程學院，江蘇徐州 221008）

基于ARM的閘間隙報警系統的設計

于 平

（中國礦業大學信息與電氣工程學院，江蘇徐州 221008）

主要介紹了基于ARM的閘間隙報警系統硬件構成、WINCE的軟件環境，采用北京阿爾泰生產的ARM8019作為處理器，在基于WINCE系統下，對影響閘間隙的相關超限參數進行實時監測，并引發語音報警功能，確保礦井提升機的安全運行。

礦井提升機；盤形閘；閘間隙報警；ARM8019；WINCE

0 引言

盤形閘[1]是煤礦提升裝置中重要的配套設備，是保證提升裝置安全運行的關鍵部分，提升裝置所有電控保護裝置的最后執行元件就是盤形閘，而閘盤與制動盤的間隙決定了提升裝置在緊急制動時的安全可靠性。為了測量盤形閘與制動盤之間的動態工作間隙[2]并實現報警或斷電，對礦井提升機的閘間隙進行實時監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現對閘間隙的實時監測，同時觸發語音報警，實現對礦井提升機安全工作的監測。該設計系統的優越性在于實現對礦井提升機的安全實時監控，其操作簡單、小型化，對超限問題處理速度快，使其在相關領域具有很好的應用前景。

1 系統硬件設計

1.1 系統結構

系統的硬件平臺主要由微處理器單元、數據采集單元、隔離電路單元以及語音輸出單元、LCD顯示等部分組成。系統的結構框圖見圖1。

系統采用ARM處理器[3]，實現對相關參數的實時處理以及在LCD顯示屏上的動態顯示，并觸發語音報警。系統的CPU采用北京阿爾泰的一款ARM10系列ARM8019開發板，ART8019是結合PC104總線規范設計的一款高性價比、功耗極低的工業級嵌入式主板，其CPU主頻高達520 MHz，并配有PC104總線接口、音頻輸出接口、通訊接口等。對于數據采集，則是通過PC104總線接口由ART2007模塊采集，并由CPU對其相應的影響因素進行綜合考慮，得出準確、可比較的基準值，分時進行采集，從而保證了數據采集的正常運行。

圖1 系統結構框圖

1.2 ART2007采集模塊

ART2007數據采集卡是北京阿爾泰公司的一種基于PC104總線的數據采集卡，可實現對32路單端模擬信號 (或雙端16路模擬信號)和16路數字量進行采集。選取的數據采集卡與ART8019配套，有利于提高數據采集的路數和數據采集的處理速度。

2 系統軟件設計

鑒于廠家預裝的Windows CE實時多任務操作系統[4]，系統軟件部分主要完成對功能程序的編寫。在該系統下，采用Embedded Visual C++集成開發環境，使用C++進行編程，完成對礦井提升機的相關參數(如閘間隙、油壓、電磁閥閥芯位置及帶電狀態等)的監控的程序設計，實現參數的實時監控、參數設置、超限報警等，并進行LCD動態顯示。

2.1 Windows CE嵌入式操作系統及程序開發工具

Windows CE是為各種嵌入式系統和產品設計的一種壓縮、可升級的操作系統[5]。其多線性、多任務、全優先的操作系統環境是專門為解決設備資源有限的問題而設計的。這種模塊化設計使嵌入式系統便于定做各種產品。WINCE系統的應用程序開發工具首選Embedded Visual C++，它是WINCE的開發工具之一。基于VC++語言的編程軟件，由于其實現了界面設計與編程相結合，因而在WINCE開發領域已得到廣泛的應用。

該設計采用Embedded Visual C++，在WINCE平臺下采用C++語言編程，實現對提升機安全運行的監控功能。

2.2 系統基本功能程序設計

根據系統需求，在WINCE操作系統啟動之前，先對其進行初始化操作。在硬件初始化完成后，WINCE可進行各任務程序的調度。

(1)數據采集單元是采用ART2007數據采集卡來完成的，其具體過程為：采樣數據隔離、初始化模塊、讀取A/D轉換值。

(2)參數設置單元是通過對MFC文件類的基類的讀寫操作，實現對參數的保存和讀取。

(3)故障查詢單元中記錄的保存、查詢，其本質等同于參數的保存、讀取的方法。

(4)語音報警單元[6]是通過對類的操作，創建語音播放函數，調用MP3格式文件來播放語音、完成報警的。其是由嵌入式開發板的音頻輸出接口輸出語音。

2.3 LCD動態顯示程序設計

LCD動態顯示的實現是設計的重中之重，其主要是通過開發軟件Embedded Visual C++采用C++編程[7]語言來完成的。

2.3.1 X、Y坐標軸顯示

LCD動態顯示是在相應的顯示界面的類下，通過創建二維坐標函數C2DGraph()實現的。其編碼主要完成對坐標軸背景、柵格、字體顏色、字體內容以及坐標軸的最大和最小值的程序編寫。部分實現代碼如下：

2.3.2 點值向屏幕坐標的轉換

點值向屏幕坐標值轉換的實現是在相應的顯示界面的類下，通過創建函數實現的。其編碼的過程為：首先，將點值轉換成坐標基準值；其次，利用公式轉換，即可得坐標值。部分實現代碼如下：

2.3.3 LCD動態顯示

LCD動態顯示實現方法：在處理器處理完數據后，首先將點值轉換成屏幕坐標值；其次，在屏幕曲線末增加屏幕坐標值；最后，刪除曲線的第一個屏幕坐標，而其他屏幕坐標則相應地前移一位。其具體的實現，主要是借助相關定義的GetPrev(posint)、GetNext(posint)、MoveTo (points[0].x,points[0].y)，通過函數 C2DGraph::DeleteFirstPoint()，C2DGraph::AppendPoint( double dPointX,double dPointY)來實現的。

2.3.4 LCD動態顯示界面

在未接入數據信號之前，LCD動態顯示界面見圖2。

圖2 LCD動態顯示界面

除LCD動態顯示的關鍵函數代碼之外，該設計還實現了對背景色的設置、X/Y軸的字體、標題、大小及控件的屬性等程序的編寫，使其界面更友好。

3 結語

該設計是基于ARM的閘間隙報警系統，通過ARM處理采集數據，實現語音報警、LCD動態顯示功能。系統具有處理速度快、操作方便、節約成本、支持擴展等優點。相信隨著煤礦自動化技術的不斷發展，嵌入式的閘間隙報警系統必將有著廣闊的應用前景。

[1]張平，劉光軍，隋立國.礦井提升裝置閘間隙保護裝置的設計[J].工礦自動化，2009(11)：129-131.

[2]王保國.淺談提升機閘間隙監控系統在煤礦中的應用 [J].煤礦機電，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設計 [M].北京：電子工業出版社，2007.

[4]張勇，曾熾祥，許波.Windows CE應用程序設計 [M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[5]張冬泉，譚南林.Windows CE開發實例精粹 [M].北京：電子工業出版社，2008.

[6]張晶，李心廣，王金礦.基于WINCE的語音識別系統 [J].微型電腦應用，2008（24）：56-58.

[7]汪兵，李存斌，陳鵬，等.EVC高級編程及其應用開發 [M].北京：中國水利水電出版社，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