基于嵌入式系統的煤礦井下探測設備開發

摘 要：單片機是簡易的計算機系統與硬件結合的設備，通過簡易的代碼程序進行編譯，從而實現對硬件的基本操作功能。煤礦礦井井下的作業具有一定的不確定性和危險性，為了能夠進行更好的煤礦生產以及煤礦開采，提高井下開采的效率。通過嵌入式系統技術，開發礦井下的探測設備，從而能夠對井下的作業環境進行合理的分析與考察，從而保證井下作業的高效性。本文重點分析基于嵌入式系統開采的井下探測設備。

關鍵詞：嵌入式系統；煤礦；探測設備

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：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）

對于煤礦生產而言，探測設備主要應用于礦井井下環境，其主要的功能在于能夠對煤礦礦井井下的環境進行數據化的分析與處理，而實現真正意義上的高效井下作業。煤礦生產屬于能源開采行業之一，對于能源的有效以及高效開采是煤礦企業追求的核心。因此，能夠開發井下的探測設備，并以此作為有效利用的基礎核心，也是未來煤礦企業進行高效生產的重要因素之一。對于探測設備而言，必須是比較輕易的小型設備。受到煤礦井下環境的影響，探測設備需要滿足小型化、抗腐蝕化以及滿足井下惡劣環境等多個苛刻條件。此外，在技術方面，由于探測設備的小型化也限制了其采用的技術必須為單片機，并需要采用的是嵌入式系統的開發技術。本文將重點分析探測設備的嵌入式系統開發。

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

對于單片機而言，嵌入式系統的理念并不陌生。兩者是一種相互依存的關系，通過一定的技術結合分析，從而剖析嵌入式系統在單片機硬件上的應用，能夠更加符合其技術特點，從而將技術效果發揮到最佳。從理論概念分析，嵌入式系統實際上依然是一種計算機系統，只是嵌入式系統具有其專門的應用型。從技術角度分析，嵌入式系統主要控制中央處理器中的ROM控制板，然后進行程序寫入與嵌套。在實際的技術操作中，一般的小型具備計算能力的設備，都能夠采用嵌入式系統。只是為了能夠滿足不同設備的需求，嵌入式系統會采取不同的程序設置，其復雜程度也會有所不同。例如微波爐以及汽車的內置電器設備等，其嵌入式系統還會包含操作系統，從而滿足用戶對于基本單片機的多功能操作要求。但是，在日常生活中，嵌入式系統依然以單獨的程序來進行整個邏輯的控制[1]。

隨著芯片技術的不斷發展，嵌入式技術得以更加廣泛的應用，并使其系統設備具有更強更具體化的處理能力。那么，對于現代化的嵌入式系統而言，其主要具有哪些特點呢[2]？

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

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

第三，嵌入式系統更見簡易化。由于嵌入式系統的單方面功能性，對于其系統內的軟件區別并不明顯，也就是不會存在應用軟件與系統軟件的區別。從功能的角度分析，其系統內部設計的比較簡單，不過也因此體現了其專用性。

第四，嵌入式系統具有非常高的實時性，這也是系統的基本要求。

第五，嵌入式系統與硬件設備一般都是固化在一起的。也就是為了能夠提高硬件系統運行的速度和可靠性，從而對系統進行固化處理。

總之，對于嵌入式系統而言，其功能并不強大，但是卻具有非常強大的專用性。針對性非常強大，但是缺乏一定的應變性。當任務發生改變的時候，升級麻煩，需要進行大規模的改動。

3 嵌入式系統的組成和設計（The composition andendprint

design of embedded system）

對于一個嵌入式系統而言，其主要的組成部分包括計算機的操作系統以及執行裝置。其中，嵌入式的計算機操作系統是整個系統的核心過程，其中包括主要的硬件設備，中間設備以及系統的軟件等。對于執行裝置而言，主要是嵌入式計算機系統的操作對象，也就是系統的可控對象。可控對象通過接受嵌入式系統的命令，從而進行一定的操作并執行。執行裝置的復雜程度不一樣，針對不同的應用要求有著不一樣的復雜程度的設計需求[3]。

首先，嵌入式系統的硬件層。與計算機網絡的分層結構類似，嵌入式系統的主要層為硬件層。硬件層是嵌入式系統的硬件設備，其中主要包括微型處理器，ROM、接口設備等。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，嵌入式系統的中間層。中間層也被稱為是嵌入式系統的硬件抽象層。硬件抽象層的主要目的就能將硬件與軟件層分開，從而使得系統的啟動與運行具有相對獨立性。采用中間層的設計，開發與設計人員可以不用考慮硬件層，從而使得開發工作更加簡單。

最后，是嵌入式系統的系統軟件層。軟件層是嵌入式系統的主要組成部分，雖然軟件層的設計最為復雜，但是卻能夠實現真正的功能。但是，實際上，嵌入式系統的真正軟件層只有系統軟件，也就是嵌入式系統的操作系統。

4 基于嵌入式系統的煤礦探測設備開發（Embedded

system development based on mine detection

equipment）

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

第一，煤礦礦井下的工作環境比較特殊，對于探測設備而言，一定要滿足小體積。而嵌入式系統的主要優勢就在于能夠實現小體積化，并通過嵌入式的方式，將功能專用化，從而實現探測設備的物理條件要求。

第二，由于探測設備需要不斷進行位置的改變，因為在煤礦礦井下，環境容易發生改變，因此由于嵌入式系統具有開放性，并可以滿足可裝卸性。

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

第四，煤礦井下的探測設備一定要采用統一的接口，由于嵌入式系統的硬件與軟件的綁定關系，一旦一個因素發生變化，另一因素也會隨著改變。因此，對于煤礦井下的設備而言，一定要采用統一的接口。

第五，處于井下的探測設備，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備的開發，必然要建立在強大的嵌入式系統技術的基礎之上的。對于礦井下的探測設備，其主要的目的是能通過探測數據來提高煤礦生產的效率。探測設備實際上就是單片機，而單片機的主要系統就是采用的嵌入式系統。能夠實現嵌入式系統的嵌入，就是因為嵌入式系統的功能優勢與特點，從而實現了井下的探測設備。

5 結論（Conclusion）

本文從嵌入式系統的開發進行研究，嵌入式系統的功能特點以及功能優勢，使其在礦井下的惡劣環境中，也能夠使用。探測設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，由于只是采用了最為基本的硬件設備，其內部的操作系統也是單純的邏輯結構，并不存在邏輯軟件與系統軟件的區別。因此，嵌入式系統在一定程度上可以減少其體積上的設計。但是，由于嵌入式系統的功能單一，也就是所謂的專用性。因此，每個探測器的設計都需要進行統一方案的執行，采用統一的接口。只有如此，煤礦井下的探測設備才能夠得以有效利用。

參考文獻（References）

[1] 李金麒，徐建平.嵌入式系統軟件可靠性設計與測試方法[J]，

計算機系統應用，2013（01）：74-78.

[2] 杜時英.加速度傳感器在嵌入式系統中的電路搭建及驅動的

實現[J]，計算機時代，2013（01）：30-31.

[3] 林北洪，鐘洪聲，楊增崠.基于嵌入式Linux的視頻循環錄制系

統[J]，單片機與嵌入式系統應用，2013（01）：59-62.

作者簡介：

荀啟峰（1980-），男，碩士，講師.研究領域：嵌入式系統設

計，計算機教育.endprint