ARM―Linux嵌入式係統在煤礦井下的應用

李文江，徐宏雷 ，孫健

摘要：為實現礦井中溫度、壓力和氣體濃度三因素數據的遠程數據采集
，引入嵌入式ARM9微處理器和Linux嵌入式操作係統技術
，設計了一種基於TCP／IP協議的嵌入式遠程實時數據采集方案，可幫助係統運行穩定
、可靠性高及抗幹擾能力強。

1 係統硬件結構設計

(1)係統結構組成

    本係統由嵌入式控製器、遠程監控站、前端數據采集器及相應的分線器組成。前端傳感器有溫度、壓力及氣體濃度采集器。係統結構如圖1所示。

(2)係統硬件設計

係統硬件設計的核心是嵌入式控製器，其硬件組成結構如圖2所示。

1)ARM―S3C2410芯片。北京ARM開發板處理器是ARM(Advanced RISC Machines)公司通過授權方式
，由不同芯片廠商生產的基於ARM核的位處理器芯片，S3C2440是三星公司推出的一款功能強大，功耗極低的ARM9嵌入式CPU。其主要特征有：

a．200 MHz的ARM920T內核，支持JTAG仿真調試。

b．外部存儲器控製(SDRAM控製和片選邏輯)，分8個Bank
，每個Bank可訪問128 M空間。

C．片內4 KB SRAM，可用作NAND Flash係統引導。

d．LCD控製器(最大支持4 K色STN和256 K色T )，1通道LCD專用DMA等。這種高度集成化不僅方便係統的硬件設計，而且提高了係統的穩定性和可靠性?

2)係統環境Linux的主要特點

a．采用模塊化設計，源代碼完全開放，任何人都可以根據需要任意修改並在GUN協議下發行。

b．具有強大的網絡功能
，能提供各種網絡服務。

c．具有豐富的軟件資源
，幾乎所有的Unix下的應用軟件都可移植到Linux平台上。

d．支持多種體係結構，如ARM
、SPARC、X86等。

(3)係統工作原理

    溫度采集器主要部分是溫度傳感器PH100TMPA，具有分辨率精確和準確度高；壓力采集器采用陝西紅翔科技開發有限公司的GD一307，能自動將工作麵的頂板壓力轉變為標準電信號傳送給相關設備
；氣體濃度采集器采用意大利的OGGI防爆氣體傳感器，它具有靈敏度高，能夠測量O ／NH
，／CO／H：S等多種氣體。分線器的硬件部分為單片機AT89S52和串行電平接口芯片MAX483
，主要用作數據傳輸和控製信號尋址，遠程控製站是一台PC機及其所需配套器件。

    嵌入式控製器通過基於TCP／IP協議的以太網和遠程控製站連接，使用RS485現場總線與分線器連接。前端采集器分布在礦井中的各個監控點
，負責實時地采集壓


、溫度和井下氣體濃度數據
，然後將采集到的數據經分線器通過RS485現xian場chang總zong線xian上shang傳chuan導dao嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi。分fen散san器qi接jie收shou嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi的de控kong製zhi信xin號hao
，切qie換huan相xiang應ying的de檢jian測ce點dian，並bing將jiang前qian端duan傳chuan感gan器qi采cai集ji到dao的de數shu據ju上shang傳chuan到dao嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi。嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi負fu責ze接jie收shou各ge個ge前qian端duan傳chuan感gan器qi上shang傳chuan的de數shu據ju
，並bing對dui這zhe些xie數shu據ju進jin行xing實shi時shi處chu理li
，再zai將jiang這zhe些xie處chu理li後hou的de結jie果guo經jing以yi太tai網wang發fa送song到dao遠yuan程cheng監jian測ce站zhan供gong技ji術shu人ren員yuan做zuo進jin一yi步bu的de分fen析xi。

2 軟件設計

(1)係統運行環境

    係統運行環境主要有嵌入式控製器主板啟動程序BootLoader
、Linux內核、根文件係統cramfs、初始化進程

、設備驅動程序等組成．為wei應ying用yong程cheng序xu提ti供gong低di層ceng服fu務wu。設she備bei驅qu動dong程cheng序xu能neng夠gou讓rang嵌qian入ru式shi操cao作zuo係xi統tong訪fang問wen和he控kong製zhi外wai圍wei設she備bei，使shi這zhe些xie設she備bei在zai該gai係xi統tong下xia工gong作zuo。本ben係xi統tong中zhong的de設she備bei驅qu動dong程cheng序xu有youCS8900A網卡驅動和其他通信接口驅動，負責完成係統通訊的低層工作。

(2)應用程序設計

    應用程序主要運行於嵌入式控製器
，負責收發和處理數據，並對相應的外設進行控製。其流程圖如圖3所示。

     嵌入式控製的應用程序采用看守進程和指令執行進程。看守進程負責監聽RS485總zong線xian端duan口kou，網wang絡luo端duan口kou以yi及ji數shu據ju的de傳chuan輸shu。嵌qian入ru式shi控kong製zhi器qi應ying用yong程cheng序xu初chu始shi化hua後hou運yun行xing看kan守shou進jin程cheng，一yi方fang麵mian監jian聽ting遠yuan程cheng監jian控kong站zhan的de服fu務wu請qing求qiu，當dang服fu務wu請qing求qiu命ming令ling到dao達da後hou
，先xian對dui命ming令ling解jie析xi，判pan斷duan該gai命ming令ling的de執zhi行xing對dui象xiang，然ran後hou將jiang其qi交jiao給gei執zhi行xing進jin程cheng執zhi行xing，另ling一yi方fang麵mian接jie收shou分fen線xian器qi發fa送song的de數shu據ju，讀du接jie收shou的de數shu據ju進jin行xing標biao準zhun化hua處chu理li，確que定ding礦kuang井jing的de條tiao件jian是shi否fou在zai正zheng常chang範fan圍wei內nei
，若ruo是shi，就jiu將jiang處chu理li後hou的de結jie果guo發fa送song至zhi遠yuan程cheng監jian控kong站zhan以yi供gong進jin一yi步bu處chu理li，否fou則ze發fa送song一yi緊jin急ji中zhong斷duan信xin號hao，觸chu發fa報bao警jing器qi以yi采cai取qu相xiang應ying措cuo施shi。

    Linux串口應用開發，UART為串行通信，操作有數據發、數據收、中斷、波特率，模式有Loopback
、紅外、自動流控。Arm與串口通信配置：① 保存原來串口配置
；② 激活本地連接和接收使能；③ 設置輸入輸出波特率
；④ 使用掩碼設置數據位
；⑤ 設置奇偶校驗位；⑥ 設置停止位
；⑦ 設置最少字符和等待時間。

3 結語

    本係統采用嵌入式Internet技術實現了礦井下的溫度、濕度和氣體濃度的在線實時檢測
，可隨時檢測井下的狀況，對於防止井下事故的發生有很大的幫助。該係統運行穩定

、可靠性高及抗幹擾能力強，達到了預期的設計目的。