基于ARM的闸间隙报警系统的设计

于 平

（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221008）

基于ARM的闸间隙报警系统的设计

于 平

（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州 221008）

主要介绍了基于ARM的闸间隙报警系统硬件构成、WINCE的软件环境，采用北京阿尔泰生产的ARM8019作为处理器，在基于WINCE系统下，对影响闸间隙的相关超限参数进行实时监测，并引发语音报警功能，确保矿井提升机的安全运行。

矿井提升机；盘形闸；闸间隙报警；ARM8019；WINCE

0 引言

盘形闸[1]是煤矿提升装置中重要的配套设备，是保证提升装置安全运行的关键部分，提升装置所有电控保护装置的最后执行元件就是盘形闸，而闸盘与制动盘的间隙决定了提升装置在紧急制动时的安全可靠性。为了测量盘形闸与制动盘之间的动态工作间隙[2]并实现报警或断电，对矿井提升机的闸间隙进行实时监控具有很重要的安全意义。

为此，本文考虑采用嵌入式主板实现对闸间隙的实时监测，同时触发语音报警，实现对矿井提升机安全工作的监测。该设计系统的优越性在于实现对矿井提升机的安全实时监控，其操作简单、小型化，对超限问题处理速度快，使其在相关领域具有很好的应用前景。

1 系统硬件设计

1.1 系统结构

系统的硬件平台主要由微处理器单元、数据采集单元、隔离电路单元以及语音输出单元、LCD显示等部分组成。系统的结构框图见图1。

系统采用ARM处理器[3]，实现对相关参数的实时处理以及在LCD显示屏上的动态显示，并触发语音报警。系统的CPU采用北京阿尔泰的一款ARM10系列ARM8019开发板，ART8019是结合PC104总线规范设计的一款高性价比、功耗极低的工业级嵌入式主板，其CPU主频高达520 MHz，并配有PC104总线接口、音频输出接口、通讯接口等。对于数据采集，则是通过PC104总线接口由ART2007模块采集，并由CPU对其相应的影响因素进行综合考虑，得出准确、可比较的基准值，分时进行采集，从而保证了数据采集的正常运行。

图1 系统结构框图

1.2 ART2007采集模块

ART2007数据采集卡是北京阿尔泰公司的一种基于PC104总线的数据采集卡，可实现对32路单端模拟信号 (或双端16路模拟信号)和16路数字量进行采集。选取的数据采集卡与ART8019配套，有利于提高数据采集的路数和数据采集的处理速度。

2 系统软件设计

鉴于厂家预装的Windows CE实时多任务操作系统[4]，系统软件部分主要完成对功能程序的编写。在该系统下，采用Embedded Visual C++集成开发环境，使用C++进行编程，完成对矿井提升机的相关参数(如闸间隙、油压、电磁阀阀芯位置及带电状态等)的监控的程序设计，实现参数的实时监控、参数设置、超限报警等，并进行LCD动态显示。

2.1 Windows CE嵌入式操作系统及程序开发工具

Windows CE是为各种嵌入式系统和产品设计的一种压缩、可升级的操作系统[5]。其多线性、多任务、全优先的操作系统环境是专门为解决设备资源有限的问题而设计的。这种模块化设计使嵌入式系统便于定做各种产品。WINCE系统的应用程序开发工具首选Embedded Visual C++，它是WINCE的开发工具之一。基于VC++语言的编程软件，由于其实现了界面设计与编程相结合，因而在WINCE开发领域已得到广泛的应用。

该设计采用Embedded Visual C++，在WINCE平台下采用C++语言编程，实现对提升机安全运行的监控功能。

2.2 系统基本功能程序设计

根据系统需求，在WINCE操作系统启动之前，先对其进行初始化操作。在硬件初始化完成后，WINCE可进行各任务程序的调度。

(1)数据采集单元是采用ART2007数据采集卡来完成的，其具体过程为：采样数据隔离、初始化模块、读取A/D转换值。

(2)参数设置单元是通过对MFC文件类的基类的读写操作，实现对参数的保存和读取。

(3)故障查询单元中记录的保存、查询，其本质等同于参数的保存、读取的方法。

(4)语音报警单元[6]是通过对类的操作，创建语音播放函数，调用MP3格式文件来播放语音、完成报警的。其是由嵌入式开发板的音频输出接口输出语音。

2.3 LCD动态显示程序设计

LCD动态显示的实现是设计的重中之重，其主要是通过开发软件Embedded Visual C++采用C++编程[7]语言来完成的。

2.3.1 X、Y坐标轴显示

LCD动态显示是在相应的显示界面的类下，通过创建二维坐标函数C2DGraph()实现的。其编码主要完成对坐标轴背景、栅格、字体颜色、字体内容以及坐标轴的最大和最小值的程序编写。部分实现代码如下：

2.3.2 点值向屏幕坐标的转换

点值向屏幕坐标值转换的实现是在相应的显示界面的类下，通过创建函数实现的。其编码的过程为：首先，将点值转换成坐标基准值；其次，利用公式转换，即可得坐标值。部分实现代码如下：

2.3.3 LCD动态显示

LCD动态显示实现方法：在处理器处理完数据后，首先将点值转换成屏幕坐标值；其次，在屏幕曲线末增加屏幕坐标值；最后，删除曲线的第一个屏幕坐标，而其他屏幕坐标则相应地前移一位。其具体的实现，主要是借助相关定义的GetPrev(posint)、GetNext(posint)、MoveTo (points[0].x,points[0].y)，通过函数 C2DGraph::DeleteFirstPoint()，C2DGraph::AppendPoint( double dPointX,double dPointY)来实现的。

2.3.4 LCD动态显示界面

在未接入数据信号之前，LCD动态显示界面见图2。

图2 LCD动态显示界面

除LCD动态显示的关键函数代码之外，该设计还实现了对背景色的设置、X/Y轴的字体、标题、大小及控件的属性等程序的编写，使其界面更友好。

3 结语

该设计是基于ARM的闸间隙报警系统，通过ARM处理采集数据，实现语音报警、LCD动态显示功能。系统具有处理速度快、操作方便、节约成本、支持扩展等优点。相信随着煤矿自动化技术的不断发展，嵌入式的闸间隙报警系统必将有着广阔的应用前景。

[1]张平，刘光军，隋立国.矿井提升装置闸间隙保护装置的设计[J].工矿自动化，2009(11)：129-131.

[2]王保国.浅谈提升机闸间隙监控系统在煤矿中的应用 [J].煤矿机电，2010(4)：107-109.

[3]张绮文，谢建雄，谢劲心.ARM嵌入式常用模块与综合系统设计 [M].北京：电子工业出版社，2007.

[4]张勇，曾炽祥，许波.Windows CE应用程序设计 [M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[5]张冬泉，谭南林.Windows CE开发实例精粹 [M].北京：电子工业出版社，2008.

[6]张晶，李心广，王金矿.基于WINCE的语音识别系统 [J].微型电脑应用，2008（24）：56-58.

[7]汪兵，李存斌，陈鹏，等.EVC高级编程及其应用开发 [M].北京：中国水利水电出版社，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，在读硕士研究生，研究方向：控制工程。

2011-05-06

2011-05-26