摘 要：針對煤礦斜井防跑車控制器設計的功能要求，以32位ARM微處理器LPC2119為硬件平臺，將嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/O[CD2]Ⅱ移植到防跑車控制器設計系統(tǒng)中，闡述防跑車控制器設計系統(tǒng)的組成，硬件設計以及用戶任務的設計。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較好的實時性和可靠性。

關(guān)鍵詞：斜井防跑車；控制器；ARM；μC/O[CD2]Ⅱ

Design of Anti[CD2]car[CD2]running Controller in Inclined Coal Well Based on ARM+μC/O[CD2]Ⅱ

LI Rong1，2，LI Juan1，3，ZOU Mengran1

(1College of Electronic and Information Engineering，Anhui University of cience and echnology，uainan，232001，China;

2uainan Vocational and echnical College，uainan，232001，China;3uainan Union University，uainan，232001，China)[JZ)]

Abstract：Aiming at the functionaldemands for the design of the anti[CD2]car[CD2]running controller in inclined coal well，the paper takes 32 b ARM microprocessor LPC2119 as the hardware platform and transplants embedded real[CD2]time operation system μC/O[CD2]Ⅱto the anti[CD2]car[CD2]runningsystemhe paper presents the components of the anti[CD2]car[CD2]running controller design system，design of hardware and design of users′ taskhe experimental result indicates that the system has better real[CD2]time performance and reliability

Keywords：anti[CD2]car[CD2]running;controller;ARM;μC/O[CD2]Ⅱ

1 引 言

煤炭作為我國的基礎(chǔ)能源，占到國內(nèi)能源消費的近四分之三，在我國經(jīng)濟與社會發(fā)展中起著重要的作用。煤炭生產(chǎn)安全事關(guān)國計民生，安徽省1966~2003年煤礦事故中，運輸事故死亡70人，占17%。運輸是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，從運輸巷道的布置情況來分，有立井、斜井、平巷3種運輸形式。在斜井運輸中，由于超載、失修、誤操作等原因，發(fā)生提升車輛斷繩、脫鉤現(xiàn)象，使運行的車輛沿斜井軌道向下的加速運動，即所謂的斜井跑車。煤礦安全規(guī)程規(guī)定：在斜井串車提升井巷中，必須安設能夠?qū)⑦\行中斷繩、脫鉤的車輛阻止住的跑車防護裝置。

斜井提升跑車防護裝置一般有傳感器、控制器、執(zhí)行機構(gòu)和擋車器等幾部分組成。其中正確靈敏地拾取跑車信號并發(fā)出控制指令是跑車防護裝置發(fā)揮作用的關(guān)鍵；現(xiàn)有的斜井跑車防護裝置中有機械聯(lián)鎖原理的、PLC作為控制器的，電子電路作為控制器的，存在著壽命短、維修量大、算法不靈活、抗干擾能力差等缺陷。本設計提出了一種基于32位ARM 7微處理器LPC2119和實時操作系統(tǒng)μC/O[CD2]Ⅱ的斜井防跑車裝置控制器實現(xiàn)方法。

2 系統(tǒng)硬件設計

21 裝置組成

該防護裝置是一種常閉型裝置，由控制器、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、擋車裝置和測速與到位傳感器構(gòu)成。如圖1所示。

傳感器A，B完成礦車速度測定及方向識別，傳感器C完成機車下行時發(fā)出放下?lián)踯囇b置信號或機車上行時發(fā)出提起擋車裝置信號，傳感器E，F(xiàn)分別用于檢測擋車裝置提升和下放到位信號。

當?shù)V車以正常速度行車時，擋車裝置自動開啟讓礦車通過，然后自動關(guān)閉擋車裝置。當發(fā)生跑車或脫車等情況，由于速度異常擋車裝置閉合，將礦車擋住。

22 控制器設計

控制器通過傳感器A，B獲得機車速度，通過傳感器C獲得機車運行位置，并實時提升或放下?lián)踯囇b置，通過傳感器E，F(xiàn)獲得擋車裝置位置信號。同時通過鍵盤設定防護速度，一般情況運行速度不大于4 m/s。本控制器以LPC2119為核心，由最小系統(tǒng)、輸入通道和輸出通道等構(gòu)成，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

（1） 最小工作系統(tǒng)：

最小工作系統(tǒng)以Philips公司的LPC2000系列ARM 7微控制器LPC2119為核心，采用1109 2 Mz晶振，并利用MAX708D組成復位電路，它包含一個看門狗定時器、一個微處理器復位模塊、一個供電失敗比較器及一個手動復位輸入模塊。系統(tǒng)電源采用78M0，LM1117[CD2]33，LM1117[CD2]18三種電路產(chǎn)生所需的工作電壓。

（2） 輸出通道設計:

本系統(tǒng)輸出通道輸出的信號為編碼信號，符合MC14026編碼規(guī)范，用于對執(zhí)行機構(gòu)的控制，為了隔離被控對象對系統(tǒng)的干擾，采用光耦4N33進行隔離。輸出通道如圖3所示。

（3） 輸入通道設計:

輸入通道主要傳輸傳感器信號，采用LP21[CD2]4光電器件進行隔離，同時采用三極管限流防止外部接線短路。輸入通道如圖4所示。

3 控制器軟件設計

控制器采用μC/O[CD2]Ⅱ操作系統(tǒng)作為應用軟件的平臺，可以避免傳統(tǒng)的前后臺程序設計時伴隨系統(tǒng)功能增加而造成程序編寫量呈指數(shù)增加以及資源調(diào)度不當發(fā)生的死鎖現(xiàn)象，同時也提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性［3］。

31 μC/O[CD2]Ⅱ的移植

μC/O[CD2]Ⅱ是一個源碼開放的嵌入式多任務實時操作系統(tǒng)內(nèi)核。其核心代碼結(jié)構(gòu)簡潔精練，具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。μC/O[CD2]Ⅱ的移植對處理器有一定的要求，比如必須具有響應中斷的能力，并同時具有開關(guān)中斷的指令，處理器必須可支持一定數(shù)量的硬件堆棧，并且應該有對堆棧指令進行讀/寫操作的指令等。同時在移植時編譯器應該具有產(chǎn)生可重入代碼的能力。本設計所選用的處理器LPC2119以及開發(fā)工具AD12能滿足移植要求。μC/O[CD2]Ⅱ的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括核心代碼部分、配置代碼部分、處理器相關(guān)代碼部分［4］。其中處理器相關(guān)代碼部分是移植時需要修改的部分，它包括O CPU，O CPU CC，O CPU A三個文件，OC CPU包括數(shù)據(jù)類型定義、堆棧單位定義、堆棧增長方向定義、關(guān)中斷和開中斷宏定義等。O CPU CC它包含6個函數(shù)，其中，OInetEnter（）是任務堆棧初始化函數(shù)是必須的，其他個函數(shù)都是鉤子函數(shù)可以為空。O_CPU_A這部分需要對處理器和寄存器進行操作，用匯編語言編寫，包括四個函數(shù)：

OtartighRdy()函數(shù)被Otart()調(diào)用，使就緒的最高優(yōu)先級任務運行；OCtww()在任務級切換函數(shù)中調(diào)用，保存任務環(huán)境變量、將當前P存入CB中、載入就緒最高優(yōu)先級任務的P、中斷返回等、OIntCtxw()在退出中斷服務函數(shù)OIntExit()中調(diào)用，實現(xiàn)中斷級任務的切換。OickIR()是系統(tǒng)時鐘節(jié)拍中斷服務函數(shù)，它為內(nèi)核提供時鐘節(jié)拍，頻率越高系統(tǒng)負荷越重；使用硬件定時器作為時鐘中斷源，定時中斷頻率一般為10~100 z。

32 用戶任務設計

在嵌入式系統(tǒng)中，合理的劃分任務及優(yōu)先級，不但能簡化軟件設計的復雜性、任務調(diào)度的正確性，而且還能增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性、健壯性以及實時性。

本系統(tǒng)軟件主要功能有：

（1） 礦車運行速度計算；

（2） 礦車運行方向的識別；

（3） 執(zhí)行機構(gòu)控制；

（4） 擋車裝置到位檢測；

（） 礦車下行和上行時擋車裝置關(guān)閉或打開。

基于μC/O[CD2]Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)，根據(jù)自動信號系統(tǒng)的功能要求，劃分了任務以及優(yōu)先級，任務優(yōu)先級取偶數(shù)，為以后系統(tǒng)升級留下空間。如表1所示。

asktart( )是μC/O[CD2]Ⅱ 初始化后運行的第一個任務，由它來創(chuàng)建自動信號系統(tǒng)的其他任務，該任務執(zhí)行一次后刪除，自身不再執(zhí)行。ask_Control()任務對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。ask_peed_Check() 對礦車速度進行計算，依據(jù)圖1中A，B傳感器的工作狀況有兩種速度計算方法，當A，B完好時，v=L/t，其中L為A，B二者之間的距離，當A，B有1臺損壞時，v=l/t，其中L為礦車輪距；ask_Position_Check()完成擋車裝置到位檢測并即時發(fā)送信息給ask_Control()關(guān)斷電機電源；ask_Up[CD2]down_Check()檢測機車上行、下行位置，并即時發(fā)送信息給ask_Control()開啟或關(guān)閉擋車裝置；ask_Clock()系統(tǒng)實時時鐘驅(qū)動ask_Up_down_Check()，ask_Position_Check()任務，各任務關(guān)系如圖所示。

peed_Check = OemCreate(0)；速度檢測啟動信號量

Position_Check = OemCreate()；車位及擋車裝[LL]置檢測啟動信號量

C_Mbox = OMboxCreate((void)0))；執(zhí)行機構(gòu)控制郵箱

軟件流程框圖如圖6所示。

4 結(jié) 語

（1） ARM系列微處理器LPC2119及實時操作系統(tǒng)μC/O[CD2]Ⅱ應用于應用于斜井防跑車控制器設計中，增加了系統(tǒng)的可靠性實時性以及靈活性；

（2） 基于LPC2119和μC/O[CD2]Ⅱ的斜井防跑車控制裝置控制器各項功能已初步得到驗證。

參 考 文 獻

［1］安徽煤礦安全監(jiān)察局以史為鑒警鐘常鳴［M］北京：煤炭工業(yè)出版社，2004

［2］盧舟燕，劉金龍，洪美娟，等 斜井防跑車技術(shù)應用現(xiàn)狀［J］煤礦機械，2006，27（1）:128[CD2]129

［3］周立功ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程［M］北京：北京航空航天大學出版社，200

［4］任哲嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/O[CD2]Ⅱ原理及應用［M］北京：北京航空航天大學出版社，200

［］田澤嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用［M］北京：北京航空航天大學出版社，200

［6］陳榮，蘆剛，李聲晉一種基于ARM的多任務的BLDCM控制系統(tǒng)設計［J］測控技術(shù)，2007，26(8):37[CD2]39

［7］林定光，毛宗源，田聯(lián)房，等μC/O[CD2]Ⅱ在微控制器上移植的探索[J]現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（2）:90[CD2]93