基于μC_OS-II的煤矿井下门禁监控分站设计.pdf

敬请登录网站在线投稿 t o u g a o . m e s n e t . c o m. c n 2 0 2 0年第9期 6 7 基于μ C / O S I I的煤矿井下门禁监控分站设计 戴万波1, 2,3 1.煤炭科学技术研究院有限公司, 北京 1 0 0 0 1 3;2.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室; 3.北京市煤矿安全工程技术研究中心 摘要 为了实现煤矿井下门禁系统智能监控, 设计了一种基于μC/O S I I的煤矿门禁监控分站。介绍了门禁监控系统 总体设计方案, 阐述了门禁分站的硬件系统结构、 交换机核心单元、 本安电源电路、 通信接口等关键技术设计方案, 介绍 了监控分站的软件设计流程。通过移植μC/O S I I 嵌入式实时操作系统, 极大提高了数据处理速度和稳定性, 实现了门 禁设备控制、 视频联动、 消防联动等功能。 关键词 μC /O S I I; 监控分站; S TM 3 2 F 1 0 3;R S 4 8 5 中图分类号 T P 2 7 7 文献标识码 A D e s i g n o f C o a l M i n e A c c e s s C o n t r o l M o n i t o r i n g S u b s t a t i o n B a s e d o n μC /O S I I D a i W a n b o 1,2,3 1. C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3,C h i n a;2. E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o f C o a l M i n e E m e r g e n c y H e d g e T e c h n o l o g y a n d E q u i p m e n t;3. R e s e a r c h C e n t e r o f M i n e S a f e t y E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y A b s t r a c t I n o r d e r t o r e a l i z e t h e i n t e l l i g e n t m o n i t o r i n g o f c o a l m i n e a c c e s s c o n t r o l s y s t e m,a s u b s t a t i o n o f c o a l m i n e a c c e s s c o n t r o l m o n i - t o r i n g b a s e d o n μC /O S I I i s d e s i g n e d . T h e o v e r a l l d e s i g n s c h e m e o f t h e a c c e s s c o n t r o l m o n i t o r i n g s y s t e m i s i n t r o d u c e d . T h e h a r d w a r e s y s t e m s t r u c t u r e,c o r e u n i t,i n t r i n s i c s a f e t y p o w e r c i r c u i t,c o mm u n i c a t i o n i n t e r f a c e a n d o t h e r k e y t e c h n i c a l d e s i g n s c h e m e s o f t h e a c c e s s c o n t r o l s u b s t a t i o n a r e i n t r o d u c e d . T h e s o f t w a r e d e s i g n p r o c e s s o f t h e m o n i t o r i n g s u b s t a t i o n i s g i v e n . T h e s p e e d a n d s t a b i l i t y o f d a t a p r o - c e s s i n g a r e g r e a t l y i m p r o v e d t h r o u g h t r a n s p l a n t i n g μC /O S I I, a n d r e a l i z e s t h e f u n c t i o n s o f a c c e s s c o n t r o l e q u i p m e n t c o n t r o l,v i d e o l i n k - a g e,f i r e l i n k a g e . K e y w o r d s μC /O S I I;m o n i t o r i n g s u b s t a t i o n;S TM 3 2 F 1 0 3;R S 4 8 5 引 言 随着智慧矿山和无人值守变电所的推进, 变电所的安 全防护逐步被煤矿关注, 为实现变电所人员出入管理和安 全监视, 煤矿井下门禁系统应运而生。 煤矿井下门禁监控系统可实现变电所矿用门的自动 化控制, 可以通过井上门禁系统软件实现矿用门远程开启 和关闭。系统通过权限配置来实现人员的出入管理, 授权 人员只能在授权时间、 授权地点通过刷卡方式出入变电 所; 系统具有视频监控功能, 可以监测变电所内人员活动 情况, 人员读卡时同时拍照存图, 便于日后事故追忆; 系统 具备消防设备接入和报警输出功能, 可实现消防联动, 当 变电所有消防报警时, 控制消防设施自动启动, 同时将门 自动打开, 方便人员疏散和现场事故处理; 系统可通过管 理软件对任意地点门禁进行远程设备状态自检, 自行监测 设备温度、 输入电压和运行稳定性, 从而降低维护成本, 提 高系统工作效率和自动化水平。 1 门禁监控系统简介 煤矿门禁监控系统结构图如图1所示, 由矿用防火 门、 门禁监控分站、 电磁锁、 读卡器、 出门按钮、 矿用浇封兼 本安电源、 防爆云台摄像仪、 烟雾传感器、 语音声光报警器 和上位机门禁监控软件组成, 其中门禁监控分站是整个系 统的核心, 具有门禁监控、 以太网交换机、 消防联动、 语音 报警等多种功能。分站采用本安和电磁兼容设计, 移植了 μC /O S I I嵌入式实时操作系统, 极大提高了系统通信的 实时性。分站通过井下环网与井上门禁控制软件实现数据 交互, 将刷卡数据、 视频数据、 消防联动数据和语音报警数据 上传至门禁监控软件, 并将门禁监控软件的控制命令下发至 各门禁设备, 从而实现门禁监控软件的远程实时监控。 2 分站硬件设计 2 . 1 分站硬件结构 门禁监控分站的硬件原理框图如图2所示, 包括门禁 6 8 M i c r o c o n t r o l l e r s C S是网卡芯片片 选信号, 与S TM 3 2 F 1 0 3的P A 4 S P I 1 N S S连接; I N T是 中断信号, 连接到S TM 3 2 F 1 0 3的P A 1 E I N T 0 I N T上, 网卡和主控制器可以通过中断方式进行通信, 从而完成数 据的快速接收与发送。网卡E N C 2 8 J 6 0的两条差分接收 引脚 T P I N、T P I N-和两条差分发送引脚T P OUT、 T P OUT-外接在集成有以太网隔离变压器和R J 4 5插座 的HR 9 1 1 1 0 5 A上。 图5 以太网接口电路 3 分站软件设计 分站的总体软件流程图如图6所示, 软件主要分为三 个任务。门禁控制任务主要实现门禁控制、 读卡器数据采 集与上传。消防联动任务主要实现烟雾传感器监测和消 防设备联动控制。视频联动任务主要实现视频采集和摄 像仪控制。 门禁控制任务一直等待维根接收信号量 读卡器数据 采集中断 , 收到信号量意味着收到刷卡数据, 数据采集和 校验在中断函数中完成, 收到刷卡数据后要与存在存储器 中的授权数据表进行对比, 如果时段、 地点、 卡号都正确, 即数据合法, 立即控制门禁开启, 发送视频联动信号量, 控 制摄像仪拍照存档, 同时将刷卡记录上传上位机, 并将刷 卡数据存在F L A S H中, 然后控制语音声光报警器播报刷 卡内容。最后任务延时释放C P U控制权, 任务结束。 消防联动任务一直等待烟雾传感器C AN中断信号 量, 如果信号量超时, 任务延时5 0 0 m s释放C P U控制权, 任务结束。如果收到信号量, 判断烟雾是否有烟。如果无 烟, 任务延时5 0 0 m s释放C P U控制权; 如果有烟, 立即开 启门禁, 语音声光播报烟雾报警, 并向消防设备发送联动 命令, 同时将报警数据上传给上位机, 最后任务延时释放 C P U控制权, 任务结束。 视频联动任务一直等待视频联动信号量, 如果信号量 超时, 发送命令控制摄像仪为巡检模式、 焦距设置为自动 调焦, 任务延时5 0 0 m s释放C P U控制权, 如果收到信号 量, 控制摄像仪至指定坐标拍照, 并上传视频联动数据, 最 后任务延时释放C P U控制权, 任务结束。 图6 分站软件流程图 结 语 本文设计了用于煤矿井下门禁设备的在线监控系统 的门禁监控分站, 重点阐述了门禁分站的硬件系统结构、 交换机核心单元、 本安电源电路、 通信接口等关键技术设 计方 案; 同 时, 详 细 介 绍 了 分 站 的 软 件 设 计 流 程, 采 用 μC /O S I I嵌入式实时操作系统后, 极大提高了系统的实 时性和稳定性。煤矿井下智能门禁技术的应用可大幅提 高矿用门管理智能化和自动化水平, 为无人值守变电所安 防建设奠定坚实基础。 7 4 7 4 M i c r o c o n t r o l l e r s 第三步该地址再写入0 x 4 0 0 0代表更新高1 4 位M S B数据; 第四步相位寄存器地址写入0 x C 0 0 0; 最后 写入0 x 2 0 0 0退出复位功能并输出正弦波 [9]。 表1 A D 9 8 3 3控制流程 寄存器十六进制二进制 控制寄存器 0 x 2 1 0 00 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 频率寄存器0 0 x 6 B B 00 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 频率寄存器0 0 x 4 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 相位寄存器 0 x C 0 0 01 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 控制寄存器 0 x 2 0 0 00 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 P S o C 6需调用I D A C和O p a m p模块, 可通过模块窗 口配置相关参数以简化编程代码, 例如, 既可以在O p a m p 模块配置窗口中选择运放模式为f o l l o w e r 电压跟随器 , 也可以在O p a m p C o n f i g 函数中对其进行配置。使用上 述模块, 一般只需要调用初始化函数I D A C_S t a r t 、 配置 函数I D A C_S e t V a l u ec u r r e n t 即可快速实现所需功能。 3 . 2 数字示波器设计 示波器流程图如图8所示, 根据时基对应修改A/D 采样率, 设置波形存储深度为4 k个点, 当A/D采集波形 数据满2 k点完成预触发后, 触发使能并等待触发信号, 触 发后继续采样2 k点, 此时发送触发禁止信号, 根据时基设 置进行波形数据处理后送至T F T屏幕显示 [1 0 - 1 1]。 图8 示波器流程图 P S o C 6中 需 使 用 到A D C、V D A C、C OMP、G r a p h i - c L C D I n t f等模块。V D A C模块使用与前文I D A C类似, 仅 需初始化和设置输出幅值,C OMP可通过C o m p_S e t I n t e r r u p t E d g e T y p e 函数选择上升沿或者下降沿触发,P S o C 6 可调用G r a p h i c L C D I n t f模块配置e mW i n图形库。较为复 杂的是A D C模块设计, 首先需对A D C通道进行时钟、 采 样率等模式配置、 中断使能等初始化操作, 然后开启采样, 等待全部通道采样完成后存储数据。 结 语 本文主要介绍了基于P S o C 6设计的多功能测试仪系 统, 该系统集成度高、 功耗低、 可靠性强, 适用于高校学生 开展电子类实验测试。此外, 该系统具有丰富的拓展性, 只需对其录入待测电路板相关电路数据并设置相应测试 点, 并可拓展成为多种电路板故障检测诊断系统, 可有效 降低测试人员对项目熟悉度以及专业性要求, 具有实际的 应用价值。 参考文献 [ 1] 郑兴凯, 李宇成, 郑勇.便携式多功能虚拟示波器设计[J].工 业控制计算机, 2 0 0 7,2 02 7 0 7 1,7 3. 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