基于嵌入式系統(tǒng)的煤礦井下探測設(shè)備開發(fā)

摘 要：單片機(jī)是簡易的計算機(jī)系統(tǒng)與硬件結(jié)合的設(shè)備，通過簡易的代碼程序進(jìn)行編譯，從而實現(xiàn)對硬件的基本操作功能。煤礦礦井井下的作業(yè)具有一定的不確定性和危險性，為了能夠進(jìn)行更好的煤礦生產(chǎn)以及煤礦開采，提高井下開采的效率。通過嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，開發(fā)礦井下的探測設(shè)備，從而能夠?qū)碌淖鳂I(yè)環(huán)境進(jìn)行合理的分析與考察，從而保證井下作業(yè)的高效性。本文重點(diǎn)分析基于嵌入式系統(tǒng)開采的井下探測設(shè)備。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；煤礦；探測設(shè)備

中圖分類號：TD76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Coal Mine Detection Equipment Development Based on Embedded System

XUN Qifeng

（Yancheng Teachers University，College of Information Science and Technology，Yancheng 224000，China）

Abstract：SCM is equipment of computer system and hardware simple binding， compiled by a simple code，so as to realize the hardware of the basic operating functions.Coal mine down hole with uncertainty and risk，in order to better coal production and coal mining，improve the efficiency of underground mining.Through the embedded system technology，detection equipment development under the mine，so as to analysis and investigation of reasonable of down hole operation environment，so as to ensure the efficiency of the down hole operation.This paper focuses on the analysis of mining mine detection equipment based on embedded system.

Keywords：embedded system；coal mine；detection device

1 引言（Introduction）

對于煤礦生產(chǎn)而言，探測設(shè)備主要應(yīng)用于礦井井下環(huán)境，其主要的功能在于能夠?qū)γ旱V礦井井下的環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)化的分析與處理，而實現(xiàn)真正意義上的高效井下作業(yè)。煤礦生產(chǎn)屬于能源開采行業(yè)之一，對于能源的有效以及高效開采是煤礦企業(yè)追求的核心。因此，能夠開發(fā)井下的探測設(shè)備，并以此作為有效利用的基礎(chǔ)核心，也是未來煤礦企業(yè)進(jìn)行高效生產(chǎn)的重要因素之一。對于探測設(shè)備而言，必須是比較輕易的小型設(shè)備。受到煤礦井下環(huán)境的影響，探測設(shè)備需要滿足小型化、抗腐蝕化以及滿足井下惡劣環(huán)境等多個苛刻條件。此外，在技術(shù)方面，由于探測設(shè)備的小型化也限制了其采用的技術(shù)必須為單片機(jī)，并需要采用的是嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)。本文將重點(diǎn)分析探測設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

2 嵌入式系統(tǒng)簡析（Analysis of embedded systems）

對于單片機(jī)而言，嵌入式系統(tǒng)的理念并不陌生。兩者是一種相互依存的關(guān)系，通過一定的技術(shù)結(jié)合分析，從而剖析嵌入式系統(tǒng)在單片機(jī)硬件上的應(yīng)用，能夠更加符合其技術(shù)特點(diǎn)，從而將技術(shù)效果發(fā)揮到最佳。從理論概念分析，嵌入式系統(tǒng)實際上依然是一種計算機(jī)系統(tǒng)，只是嵌入式系統(tǒng)具有其專門的應(yīng)用型。從技術(shù)角度分析，嵌入式系統(tǒng)主要控制中央處理器中的ROM控制板，然后進(jìn)行程序?qū)懭肱c嵌套。在實際的技術(shù)操作中，一般的小型具備計算能力的設(shè)備，都能夠采用嵌入式系統(tǒng)。只是為了能夠滿足不同設(shè)備的需求，嵌入式系統(tǒng)會采取不同的程序設(shè)置，其復(fù)雜程度也會有所不同。例如微波爐以及汽車的內(nèi)置電器設(shè)備等，其嵌入式系統(tǒng)還會包含操作系統(tǒng)，從而滿足用戶對于基本單片機(jī)的多功能操作要求。但是，在日常生活中，嵌入式系統(tǒng)依然以單獨(dú)的程序來進(jìn)行整個邏輯的控制[1]。

隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式技術(shù)得以更加廣泛的應(yīng)用，并使其系統(tǒng)設(shè)備具有更強(qiáng)更具體化的處理能力。那么，對于現(xiàn)代化的嵌入式系統(tǒng)而言，其主要具有哪些特點(diǎn)呢[2]？

第一，嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)核趨于小型化。小型化的原因主要是因為嵌入式系統(tǒng)主要應(yīng)用于一些比較小的電子設(shè)備，其系統(tǒng)的使用資源相對較少，而所需要的功能也會相對減少。因此，與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)核要簡單許多。

第二，嵌入式系統(tǒng)的專用性更強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)相對，雖然功能比較少，并且能實現(xiàn)的功能也很局限。但是，其專用性卻非常強(qiáng)。

第三，嵌入式系統(tǒng)更見簡易化。由于嵌入式系統(tǒng)的單方面功能性，對于其系統(tǒng)內(nèi)的軟件區(qū)別并不明顯，也就是不會存在應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件的區(qū)別。從功能的角度分析，其系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計的比較簡單，不過也因此體現(xiàn)了其專用性。

第四，嵌入式系統(tǒng)具有非常高的實時性，這也是系統(tǒng)的基本要求。

第五，嵌入式系統(tǒng)與硬件設(shè)備一般都是固化在一起的。也就是為了能夠提高硬件系統(tǒng)運(yùn)行的速度和可靠性，從而對系統(tǒng)進(jìn)行固化處理。

總之，對于嵌入式系統(tǒng)而言，其功能并不強(qiáng)大，但是卻具有非常強(qiáng)大的專用性。針對性非常強(qiáng)大，但是缺乏一定的應(yīng)變性。當(dāng)任務(wù)發(fā)生改變的時候，升級麻煩，需要進(jìn)行大規(guī)模的改動。

3 嵌入式系統(tǒng)的組成和設(shè)計（The composition andendprint

design of embedded system）

對于一個嵌入式系統(tǒng)而言，其主要的組成部分包括計算機(jī)的操作系統(tǒng)以及執(zhí)行裝置。其中，嵌入式的計算機(jī)操作系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心過程，其中包括主要的硬件設(shè)備，中間設(shè)備以及系統(tǒng)的軟件等。對于執(zhí)行裝置而言，主要是嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的操作對象，也就是系統(tǒng)的可控對象?？煽貙ο笸ㄟ^接受嵌入式系統(tǒng)的命令，從而進(jìn)行一定的操作并執(zhí)行。執(zhí)行裝置的復(fù)雜程度不一樣，針對不同的應(yīng)用要求有著不一樣的復(fù)雜程度的設(shè)計需求[3]。

首先，嵌入式系統(tǒng)的硬件層。與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)類似，嵌入式系統(tǒng)的主要層為硬件層。硬件層是嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)備，其中主要包括微型處理器，ROM、接口設(shè)備等。硬件層中如果添加電源電路以及時鐘電路等，就會形成一個嵌入式的核心控制模塊。

其次，嵌入式系統(tǒng)的中間層。中間層也被稱為是嵌入式系統(tǒng)的硬件抽象層。硬件抽象層的主要目的就能將硬件與軟件層分開，從而使得系統(tǒng)的啟動與運(yùn)行具有相對獨(dú)立性。采用中間層的設(shè)計，開發(fā)與設(shè)計人員可以不用考慮硬件層，從而使得開發(fā)工作更加簡單。

最后，是嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件層。軟件層是嵌入式系統(tǒng)的主要組成部分，雖然軟件層的設(shè)計最為復(fù)雜，但是卻能夠?qū)崿F(xiàn)真正的功能。但是，實際上，嵌入式系統(tǒng)的真正軟件層只有系統(tǒng)軟件，也就是嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

4 基于嵌入式系統(tǒng)的煤礦探測設(shè)備開發(fā)（Embedded

system development based on mine detection

equipment）

通過以上對嵌入式系統(tǒng)的功能以及組成等進(jìn)行研究，可以分析出嵌入式系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于功能的專用性，并且其體積比較小，能夠適用于特殊環(huán)境中使用。對于煤礦的生產(chǎn)中應(yīng)用而言，其主要的優(yōu)勢就是能夠在礦井下進(jìn)行合理分步。煤礦礦井下的主要設(shè)備就是探測設(shè)備，其主要的核心應(yīng)用理念就是單片機(jī)原理，而采用的技術(shù)則是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。下面就對基于嵌入式系統(tǒng)的探測設(shè)備的開發(fā)進(jìn)行分析。

第一，煤礦礦井下的工作環(huán)境比較特殊，對于探測設(shè)備而言，一定要滿足小體積。而嵌入式系統(tǒng)的主要優(yōu)勢就在于能夠?qū)崿F(xiàn)小體積化，并通過嵌入式的方式，將功能專用化，從而實現(xiàn)探測設(shè)備的物理條件要求。

第二，由于探測設(shè)備需要不斷進(jìn)行位置的改變，因為在煤礦礦井下，環(huán)境容易發(fā)生改變，因此由于嵌入式系統(tǒng)具有開放性，并可以滿足可裝卸性。

第三，煤礦井下的探測設(shè)備一定要滿足實時性，而嵌入式系統(tǒng)也具備這樣的特點(diǎn)。其中EOS的實時性是比較強(qiáng)的，能滿足礦井下的探測設(shè)備中。

第四，煤礦井下的探測設(shè)備一定要采用統(tǒng)一的接口，由于嵌入式系統(tǒng)的硬件與軟件的綁定關(guān)系，一旦一個因素發(fā)生變化，另一因素也會隨著改變。因此，對于煤礦井下的設(shè)備而言，一定要采用統(tǒng)一的接口。

第五，處于井下的探測設(shè)備，其操作界面以及操作手法一定要簡單易行，最好能夠采用熒光的顯示器，以便在黑暗的井下，也能夠保證施工人員的正常操作。

總之，對于煤礦礦井下的探測設(shè)備的開發(fā)，必然要建立在強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)之上的。對于礦井下的探測設(shè)備，其主要的目的是能通過探測數(shù)據(jù)來提高煤礦生產(chǎn)的效率。探測設(shè)備實際上就是單片機(jī)，而單片機(jī)的主要系統(tǒng)就是采用的嵌入式系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的嵌入，就是因為嵌入式系統(tǒng)的功能優(yōu)勢與特點(diǎn)，從而實現(xiàn)了井下的探測設(shè)備。

5 結(jié)論（Conclusion）

本文從嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行研究，嵌入式系統(tǒng)的功能特點(diǎn)以及功能優(yōu)勢，使其在礦井下的惡劣環(huán)境中，也能夠使用。探測設(shè)備需要滿足一些必要的物理條件，比如體積小等。而嵌入式系統(tǒng)，由于只是采用了最為基本的硬件設(shè)備，其內(nèi)部的操作系統(tǒng)也是單純的邏輯結(jié)構(gòu)，并不存在邏輯軟件與系統(tǒng)軟件的區(qū)別。因此，嵌入式系統(tǒng)在一定程度上可以減少其體積上的設(shè)計。但是，由于嵌入式系統(tǒng)的功能單一，也就是所謂的專用性。因此，每個探測器的設(shè)計都需要進(jìn)行統(tǒng)一方案的執(zhí)行，采用統(tǒng)一的接口。只有如此，煤礦井下的探測設(shè)備才能夠得以有效利用。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 李金麒，徐建平.嵌入式系統(tǒng)軟件可靠性設(shè)計與測試方法[J]，

計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2013（01）：74-78.

[2] 杜時英.加速度傳感器在嵌入式系統(tǒng)中的電路搭建及驅(qū)動的

實現(xiàn)[J]，計算機(jī)時代，2013（01）：30-31.

[3] 林北洪，鐘洪聲，楊增崠.基于嵌入式Linux的視頻循環(huán)錄制系

統(tǒng)[J]，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2013（01）：59-62.

作者簡介：

荀啟峰（1980-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng)設(shè)

計，計算機(jī)教育.endprint