煤矿安全监控系统嵌入式在线检测装置软件架构设计.doc

第 3期 2010年 3月 工 矿 自 动 化 Industr y and M ine A utomation No. 3 M ar. 2010 文章编号 1671-251X2010 03-0007-03 煤矿安全监控系统嵌入式在线检测装置 软件架构设计 徐 娟 , 汪学明 , 张立斌 , 汪丛笑 煤炭科学研究总院常州自动化研究院 , 江苏 常州 213015 摘要 嵌入式在线检测装置是煤矿安全监控系统嵌入式在线检测系统的主要组成部分 , 用于在线检测煤 矿井下甲烷浓度超限声光报警功能和断电 /复电控制功能 、 甲烷风电闭锁功能 、 系统控制响应时间和实际巡 检周期 、 系统传感器实际配置数量 、 甲烷传感器稳定性等 。 文章详细介绍了嵌入式在线检测装置的软件架构 设计及各组成部分的工作流程及功能 。 该架构设计使得软件的每一个功能由多个子程序模块组合实现 , 各个子程序模块可并行执行 , 提高了程序的运行速度 。 关键词 煤矿 ; 安全监控 ; 嵌入式 ; 在线检测 ; 软件架构 ; 复用性 ; 扩展性 中图分类号 TD76 文献标识码 B Design of Softw are Framew ork of Embedded On -line Detecting Device for Safety M onitoring and Cont rol Syst em of Coal M ine XU Juan, WAN G Xue -ming, ZH ANG L-i bin, WANG Cong -x iao Chang zhou Automatio n Research Institute o f CCRI. , Chang zhou 213015, China Abstract The embedded on -line detecting dev ice is main part of embedded on -line detecting system fo r safety monito ring and control sy stem of coal mine, it is used to on -line detect function of sound and light alarm ing for methane concentration ex ceeding preset limit, pow er off/pow er recovery contr ol function, function of w ind electricity clo sed -cycle co ntro l of methane, co ntro l response time of the system , actual patrol period, actual distributed quantity of sensors and stability of methane sensor. The paper introduced design of so ftw are framew ork and w o rk flow and functio ns of each part of em bedded on -line detecting device in details. The desig n o f the softw ar e framew ork m akes each function of the softw are be realized by com bination of several subprogr am m odules and makes each subpro gram m odule r un concurr ently, w hich impr oves running speed o f the prog ram. Key w ords coal m ine, safety mo nitoring and contro l, embedded ty pe, o n -line detection, softw are fram ew ork, reusability, ex pansibility 收稿日期 2010-01-27 基金项目 /十一五 0国家科技支撑计划项目 2007BAK22B03 作者简介 徐 娟 1979- , 女 , 宁 夏 平 罗 人 , 软 件 设 计 师 , 2002年毕业于西南科技大学计算机科学与技术专业 , 现主 要从事煤 矿嵌入式软件的研发工作。联系电话 0519-86998621 0 引言 煤矿安全监控系统是煤矿安全生产 /三道防线 0中的基础 , 也是煤矿辅助管理的最重要的手段之一。 随着煤矿安全 监控系 统在 各矿 的应用 , 其 出现 了 一些问题 , 比如作为安全在线检测系统中心处理单 元的监控分站会出现性能参数不达标、 不能正常实 现其功能、 最终导致对井下数据信息误判的现象发 生 , 从而对整个安全监控系统数据信息的准确性、 系 统运行的可靠性产生严重影响。鉴此 , 煤炭科学研 究总院常州自动化研究院在国家科技部的支持下 , 开发了煤矿安全监控系统嵌入式在线检测系统 , 实 现了对煤矿安全监控系统的在线检测及评价。 煤矿安全监控系统嵌入式在线检测系统由嵌入 式在线检测装置和上位机评测软件组成。本文就笔 者所承担开发的嵌入式在线检测装置软件架构设计 作一介绍 , 以供参考。 1 设计方案 嵌入式在线检测装置主要用于在线检测煤矿井 下甲烷浓度超限声光报警功能和断电 /复电控制功 能、 甲烷风电闭锁功能、 系统控制响应时间和实际巡 检周期、 系统传感器实际配置数量、 甲烷传感器稳定 性等 , 其软件功能框架如图 1所示。嵌入式操作系 统 Window s CE 由于具有多任务、 实时性、 模块化及 可伸缩性、 通信能力强等特点 , 已经在嵌入式系统的 诸多领域得到了广泛应用。因此 , 笔者选择嵌入式 操作系统 Window s CE 作为嵌入式在线检测装置软 件的运行平台。 图 1 嵌入式在线检测装置软件功能框架 2 架构设计 整个软件包括 Window s CE 自带的设备驱动程 序、 根据用户需要自定义的设备驱动程序即检测通 道驱动程序、 封装了检测方法的标准接口 以下称检 测方法接口 、 子程序模块以及 用户图形界面 程序 等。在设计软件时 , 对整个应用划分为不同的层次 检测通道驱动程序在驱动层实现 , 检测方法接口由 中间层实现 , 子程序模块以及用户图形界面程序在 高级应用层实现。图 2为嵌入式在线检测装置软件 架构 , 软件的每一个功能由多个子程序模块组合实 现 , 各个子程序模块的程序代码分开编制 , 每个子程 序模块调用自己的检测方法接口。该软件架构的优 点是可并行执行各个子程序模块 , 提高程序运行速 度 , 程序代码具有复用性、 扩展性并易于维护。 2. 1 图形用户界面以及子程序模块 如图 2所示 , 当用户从图形用户界面启动在线 检测程序后 , 各个子程序模块激活需要调用的检测 方法接口 , 由检测方法接口与检测通道驱动之间进 图 2 嵌入式在线检测装置软件架构 数据 , 再将结果数据传送给检测方法接口 , 检测方法 接口分析、 处理结果数据后 , 将结果数据传送给子程 序模块 , 图形用户界面再将各个子程序模块传回的 数据显示给最终用户。 2. 2 检测方法接口 检测方法接口实现数据处理功能。该接口建立 在检测通道驱动程序的基础上 , 采用 DCOM 技术将 从串口驱动接收到的数据缓冲切割成自定义的数据 封装形式 , 再通过子程序模块形成图形用户界面方 便使用的格式 , 为图形用户界面提供应用程序接口 函数。其程序流程如图 3所示。 图 3 检测方法接口程序流程 2. 3 检测通道驱动 检测通道驱动是凌驾在底层 I/O 驱动之上的 , 是操作系统和底层通道之间的接口 , 其程序是由程 序员编写的自定义通道驱动程序 , 并以 DLL 的动态 链接库形式提供。 为了满足嵌入式在线检测系统的设计要求 , 需 要对系统新增加的检测通道编写自定义的检测通道 驱动程序 , 以使检测通道得到操作系统的支持。笔 者对电流测量、 电流输出、 CAN 口等通道编写了自 定义的检测通道驱动程序供检测方法接口调用。 在操作系统程序管理中应用了通道文件这个概 念来访问检测通道 , 因此 , 用户对任何一个检测通道 的访问就如同普通文件一样 , 用户可以打开和关闭 , 8工矿自动化 2010年 3月 道驱动程序流程如图 4所示。 图 4检测通道驱动程序流程 3结语 本文介绍了嵌入式在线检测装置软件架构的设 计及各组成部分的 工作流程及功 能。该架构 使得 每一个软件功能由多个子程序模块组合实现 , 各个 子程序模块可并行执行 , 提高了程序的运行速度 , 程 序代码具有复用性、 扩展性 , 并易于维护。 参考文献 [1]王红尧 , 华 钢 , 张 瀚 超 . 煤 矿 安 全 监 控 分 站 的 研 究 [J].电子设计应用 , 200512 . 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