一種基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字電子記錄儀的設(shè)計(jì)

摘 要：記錄儀是通過時(shí)間或其它變量的變化將若干個(gè)變量的變化過程裝換成能夠讀取和識(shí)別信號(hào)的一種儀器。我國(guó)現(xiàn)使用的進(jìn)口機(jī)械式記錄儀在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)了卡筆、卡紙等多項(xiàng)缺點(diǎn)與不足，本文以搗固車的數(shù)字記錄儀的設(shè)計(jì)為研究基礎(chǔ)，分析研究了該記錄儀所采用的分層控制方面的硬件架構(gòu)和Windows CE嵌入式的系統(tǒng)平臺(tái)。根據(jù)記錄儀的日常使用要求，本文設(shè)計(jì)出來(lái)一臺(tái)以Windows CE嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的數(shù)字化多通道記錄儀。

關(guān)鍵詞：電子記錄儀；搗固車；嵌入式系統(tǒng)

1 前言

工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)里的記錄儀是非常重要的一種二次儀表。記錄儀作為一種顯示儀表是獲取、處理、轉(zhuǎn)換、記錄溫度、流量、壓力等各項(xiàng)實(shí)施數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)和事后分析的重要儀器。以往的記錄儀所使用的是功能單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模擬儀表，需要人員對(duì)其進(jìn)行加墨、換筆、換筆等一系列繁雜的維護(hù)工作，在生產(chǎn)工作當(dāng)中它還容易出現(xiàn)斷線、卡筆、卡紙等故障，其所記錄的生產(chǎn)數(shù)據(jù)也只是以曲線的形式表達(dá)在紙張上，在對(duì)數(shù)據(jù)事后的保存、分析、編輯、處理等方面都存在缺陷。隨著九十年代以來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、接口技術(shù)以及微處理技術(shù)的快速發(fā)展，智能電子記錄儀以其低成本自動(dòng)化的技術(shù)以及開發(fā)研制出的多項(xiàng)功能而廣泛運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)之中。

2 智能型數(shù)字電子記錄儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

搗鼓著是一種適用在鐵路線路里的新線施工的大型養(yǎng)路機(jī)械，主要對(duì)運(yùn)營(yíng)的線路進(jìn)行維修作業(yè)以及修清篩作業(yè)，幫助軌道進(jìn)行撥道、抄平以及道碴搗固等工作，增加道床的石碴密實(shí)度，提高軌道的穩(wěn)定性，從軌道的左右水平偏差和前后的高低偏差入手，矯正軌道所存在的方向偏差，讓軌道線路滿足和符合線路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)以及線路維修的規(guī)則要求，切實(shí)保證列車在軌道上的安全運(yùn)行。結(jié)果的輸出和顯示、數(shù)據(jù)的測(cè)試和分析、數(shù)據(jù)的采集是電子記錄儀功能的三大組成部分。其中，數(shù)據(jù)的分析和結(jié)果的輸出能夠通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)完成，因此以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)量?jī)x需要一定的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)放大等硬件部分的支持。從記錄儀的系統(tǒng)功能需求上入手，記錄儀的軟件平臺(tái)為嵌入式系統(tǒng)，采用主副計(jì)算機(jī)的分層控制結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：

2.1 主控計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)平臺(tái)

主控計(jì)算機(jī)具有LCD現(xiàn)實(shí)器管理、打印機(jī)管理、文件管理等功能，可以有效記錄和顯示相關(guān)數(shù)據(jù)以保持其實(shí)時(shí)性，因此，系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)都是使用通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。操作系統(tǒng)需要同時(shí)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)、顯示器驅(qū)動(dòng)和打印機(jī)的驅(qū)動(dòng)，提供運(yùn)行平臺(tái)給記錄軟件。為了降低投入成本和縮小占地面積，系統(tǒng)采用Windoes CE嵌入式的操作系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡的主要作用是記錄車輛運(yùn)行里程、采集數(shù)據(jù)、識(shí)別按鍵和識(shí)別車輛運(yùn)行方向。

2.3 記錄軟件

記錄軟件的主要作用表現(xiàn)在相關(guān)數(shù)據(jù)和繪制曲線的記錄，轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)和控制打印等方面。因Evc集成開發(fā)的環(huán)境與Visual C+的極為相似，我們所使用的編寫工具是Evc，它能夠發(fā)揮出VC++的相關(guān)功能。Evc包含遠(yuǎn)程調(diào)試工具和模擬器，可以支持API和多項(xiàng)指令集。

3 智能型數(shù)字電子記錄儀的詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)存顯示模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相關(guān)軟件寄存器當(dāng)中以便于顯示操作，與此同時(shí)將數(shù)據(jù)代入到數(shù)據(jù)文件內(nèi)以備記錄。顯示是指通過實(shí)時(shí)更新并以曲線的形式直觀的將數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來(lái)。例如根據(jù)LED顯示屏800×600的分辨率將屏幕分為若干小塊，模擬方格坐標(biāo)紙，記錄筆模擬三角箭頭進(jìn)行繪圖。用戶在繪畫過程里可以根據(jù)自身需要左右調(diào)整曲線的位置，同時(shí)也能夠調(diào)整曲線速度檔位。在我們讀取新數(shù)據(jù)時(shí)也將數(shù)據(jù)顯示模板的當(dāng)前畫面更新到最新。整個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)效果模擬示波器的表現(xiàn)原理，曲線整體連續(xù)不斷的向下移動(dòng)，從而更新數(shù)據(jù)內(nèi)容。

3.2 數(shù)據(jù)掃描功能方面的設(shè)計(jì)

工作人員可以在記錄儀停止工作記錄的狀態(tài)下回顧翻看當(dāng)日的數(shù)據(jù)記錄。在掃描過程中能夠通過掃描方向鍵上的“上撥”和“下?lián)堋辨I來(lái)選擇上、下方向的掃描，每次掃描的間隔是0.3秒，以小格/次為掃描單位。也就是說(shuō)在掃描的過程中，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)曲線通過上下方向的滾動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。操作人員能夠通過觀察畫面下方的三個(gè)編輯框，了解到其所不斷實(shí)時(shí)更新顯示的里程、矢量值和超高值等相關(guān)數(shù)據(jù)，詳細(xì)的了解和關(guān)心記錄儀在數(shù)據(jù)掃描方面的參數(shù)問題和有效功能。

4 總結(jié)

記錄儀是采用先進(jìn)的CPU為系統(tǒng)核心，并結(jié)合大容量的FLASH存儲(chǔ)設(shè)備、大規(guī)模的集成電路、SmartBus的總線、信號(hào)的智能調(diào)理以及高分辨率的液晶顯示器等高端設(shè)備所組成的新型智能化記錄儀表。其設(shè)定和記錄的數(shù)據(jù)具有防掉電保護(hù)作用，表現(xiàn)出可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定、通用性強(qiáng)、精度高、功耗低、通道數(shù)多、體積小等優(yōu)點(diǎn)。記錄儀雖然使用在存在外部因素干擾和劇烈震動(dòng)的復(fù)雜環(huán)境，但對(duì)數(shù)據(jù)記錄的精確度和準(zhǔn)確性要求較高，因此記錄儀的相關(guān)設(shè)計(jì)講面臨復(fù)雜多變的局面。記錄儀因其使用環(huán)境的苛刻所以需要具有一定的抗震動(dòng)和高溫、高濕、高寒環(huán)境的能力，于此同時(shí)還要具有長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)工作能力和高精度、高準(zhǔn)確性的記錄能力，這樣才能適用于實(shí)際環(huán)境的操作。

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