嵌入GPS的嵌入式系統在煤礦安全測控系統中的應用

朱金升 高興 魏鵬飛

【摘要】 當前我國的科學技術不斷發展過程中，在應用技術的實際作用發揮層面就比較顯著。煤礦安全事故頻頻發生，其中很大一部分因素就是在安全測控方面沒有得到優化，本文主要就煤礦安全測控系統中嵌入GPS的嵌入式系統特征及開發模式進行分析，然后就井下檢測站硬件以及系統任務劃分調度詳細分析，希望有助于實際的發展。

【關鍵詞】 嵌入式 煤礦 安全測控系統

我國在煤礦的安全問題上比較突出，尤其是在井下瓦斯爆炸所引起的安全事故比較明顯，所以對瓦斯氣體的檢測就比較重要。通過裝有GPS的嵌入式系統，在煤礦安全測控系統當中進行應用，就能夠及時的對不安全因素得以排除，從而跟蹤和保障人員的生命安全。GPS具有跟蹤定位功能，本文不做詳述。

一、嵌入式系統特征與開發模式分析

1.1嵌入式系統特征

計算機網絡在生活生產中已經有了深度滲透，嵌入式系統也是當前比較熱門的概念，根據專業的定義就是控制監視以及輔助設備，機器和車間運行的裝置。當前人們在對嵌入式系統進行講解過程中，主要是對操作系統角度來說的。嵌入式系統在架構上能夠分成存儲器以及處理器和I/O、軟件系統幾個重要的部分（如下圖1示）[1]。

嵌入式的系統有著比較突出的特點，系統的內核比較小，通常是應用在小型電子裝置中，所以在系統的資源上就比較有限。再者有著比較強的專業性，其中軟硬件系統的結合度比較高，通常會對硬件實施系統移植。而在系統的精簡特征以及高實時性的特征層面也比較突出。另外嵌入式系統在開發過程中，需要專門的開發工具以及環境。這些特征在嵌入式系統的界定層面就比較明確化。

1.2嵌入式系統開發模式分析

嵌入式的應用軟件在開發中要有比較強大的開發工具以及操作系統的支持，未來的嵌入式設備為能夠對網絡發展要求得到適應，就在硬件上提供的網絡通信接口要求上有著提高。嵌入式操作系統比較多樣，總體上能夠分為免費型以及商用型，其中在商用型的操作系統主要有Vxwork，WindowsCE3.0，Palm0，QNX[2]。在免費的操作系統方面主要有Linux，uC/05一11。

從嵌入式的系統開發模式層面看，比較常用的就是宿主機和目標板的方式，在通用PC上實施編程，之后在交叉編譯實施連接，并把程序翻譯成目標平臺上能夠運行的二進制代碼。接著就將程序下載到目標平臺上的特定位置。開發模式中的宿主機就是建立交叉編譯環境的機器，采用通用的操作系統來進行編譯以及編輯軟件等工具的運行。目標板就是目標程序運行的硬件平臺，通過嵌入式操作系統操作。

二、井下檢測站硬件和系統任務劃分調度

2.1井下檢測站硬件

井下檢測站硬件是煤礦安全測控系統中的核心，在功能上也是多樣的。其中對瓦斯的檢測功能方面，主要有對激光分路和合路以及光電探測器等內容的檢測，其中在微處理器方面主要是實現瓦斯濃度就地循回檢測。還有是CAN總線光纖轉換電路，通過光纖轉換器以及輸出的電信號送到微處理器的CAN總線接口[3]。

另外在設備的控制以及參數檢測方面，是通過八路模擬量輸入，以及設備運行狀態輸入所組成的，總體的功能來完成溫度和相關參數的檢測以及預算等。最后就是遠程報警的功能，主要是通過485接口來進行連接微型的報警器單片，從而實現的井下遠程報警的操作，而每個遠程報警器能夠和瓦斯探頭安裝在一起。井下檢測站已經具備了LED顯示和本地報警的功能，而由于井下條件相對比較復雜化，所以曠工就可能在離檢測站有一定距離的地方進行工作，不能夠及時對報警的鈴聲聽到，這就要在瓦斯檢測處進行設置。設置過程中通過485總線以及多路接口進行對微型報警器加以連接，就能有效實現井下遠程報警。

2.2 嵌入式系統任務劃分調度

對嵌入式的操作系統應用中，需要對μC/OS- II進行移植，在對其移植成功之后，就要結合實現的功能對整個系統劃分并行的任務。通過占先式操作系統就要能夠按照任務的優先級高低對任務實施調度安排。在此次的系統當中各任務排列的順序主要是hi對瓦斯檢測任務以及模擬量調度任務和設備開停狀態檢測任務等。在系統上電之后，瓦斯的檢測任務優先級最高也是最先進入到運行狀態的[4]。

對實際安全檢測任務進行執行過程中，在對瓦斯超限檢測之后就會立即響應報警和設備的開停控制。如果是在正常情況下瓦斯檢測任務執行之后會進入到掛起狀態，然后通過CPU使用權將其他的任務得以正常化運行，進而再按照優先權的級別順序進行運行。設備開停狀態檢測任務以及設備狀態等能在延時時間間隔內得到有效執行。通過這一系統的應用就能有效將安全性能得以提升。

結語：對于煤礦的安全測控系統的保障，在嵌入式系統的應用下，特別是嵌入GPS功能的嵌入式系統下，能夠得到很大程度的優化。在此次的理論研究中，從系統的開發模式以及結構特征等方面進行了分析，然后對系統的運行機理進行了闡述，希望在此次研究下能對這一系統有更深的認識。

參 考 文 獻

[1] 張樂芳，李超. 嵌入式技術在煤礦排水系統中的應用[J]. 煤炭技術. 2013（10）

[2] 陳彩明，謝承玲，劉洪林，劉堂宇. 一種礦工智能帽的設計及實現[J]. 現代電子技術. 2013（08）

[3] 夏月星，張俊平，路麗娟. 聚合系統供電電源的技術改造[J]. 自動化應用. 2014（08）

[4] 汝彥冬. 新型井下測控分站的設計[J]. 自動化儀表. 2014（06）