矿井信息采集板功能设计及实时信息处理的实现

孙继家

摘 要：Win CE 在实时信息处理以及调度方案方面效果是非常好的，因此，在矿产开采过程中得到了非常好的应用，为了更好的保证矿产的开采，在信息采集板功能设计和核心板硬件组成方面要进行更好的分析，这样能够更好的保证其在使用过程中获得更好的效果。对相关的测试案例进行分析能够更好的对协议栈调度方案的可行性及性能更好的掌握，同时对协议通信数据采集的准确性也是能夠进行很好的掌握的。

关键词：Win CE；信息采集板；调度方案

在进行煤矿开采的时候，要对矿井的信息进行采集，这样能够更好的保证在进行施工和开采的时候不会出现更多的问题。煤矿在进行开采的时候要对瓦斯浓度、煤尘以及风压和巷顶应力情况进行掌握，这样才能更好的保证开采的安全性。在很多的信息采集设计方式上通常都是利用PLC对参数信息进行采集的，这种方式在进行信息采集的时候通常要花费大量的时间，同时也存在着很多的重复工作情况，因此，再对矿井信息进行采集的时候可以开发一套专用的信息采集板，这样能够更好的实现现场信息采集、存储和计算，同时也能更好的实现信息的交换，这样在系统速度方面是能够进行保证的。在信息采集模板开发的时候可以利用Win CE操作系统，这样能够更好的对多项任务进行完成，同时也能实现复杂的信息调度问题。在进行采集模板设计的时候对协议栈调度方面也提出了更好的处理方式，这样能够更好的实现信息采集的自诊断和恢复功能。

1 信息处理智能模板设计

1.1 模板功能设计

信息处理模块在功能方面只要包含着以下几个方面的内容。信息处理模块在计数功能方面要非常的快速，可以采用单线协议传感器，这样能够更好的节省布线的距离，同时，在传输过程中也能实现稳定性要求，也能更好的实现多个传感器同时使用的目的。在模拟量输入方面效果也得到了更好的提高，在转换精度方面效果是非常好的。在脉冲输出功能方面效果也是非常好的，这样能够更好的与高速计数模块进行更好的结合。为了更好的保证系统在进行信息采集的时候能够更好的实现其目的，对模块进行了保护，这样能够更好的对矿井的巷道环境进行适应，在信息采集过程中不会出现更多的问题。在通信以及存储方面也有很大的改进，这样能够更好的保证数据的使用效果。

1.2 模板的硬件架构

信息处理智能模板主体主要包括核心板、通道板和电源板三个部分。核心板是处理器设计方面的开放板，因此，其在最高频率方面也存在着很大的不同，这样就使得其能够更好的在不同的接口上进行使用。同时在外部储存器接口方面也是存在着很大的不同。通道板通常在进行设计的时候，是有着两种不同的选择的，因此，在进行设计的时候，一般都会使用交叉开关，同时也实现了多通道切换的情况，这样在端口方面也是能够进行改善的。同时，在电源供电方面也是能够更好的适应工作环境的。通常情况下，模板的硬件构架是能够在非常恶劣的环境下进行使用的，同时在进行输出的时候也能支持多个开关并联使用的。电源板在进行设计的时候通常是采用直流和交流自适应供电的模式的，这样能够个更好的适应环境的变化同时，也能更好的为核心板提供电能。

2 基于Win CE的实时信息处理与调度方案

Win CE操作系统在进行操作的时候实现了实时的软件调度，在嵌入式系统中也得到了很好的应用。在软件调度器方面相对于硬件调度器灵活性是非常高的，同时，在操作方面也能更好的实现对复杂任务调度的简单操作。Win CE信息采集模板能够完成多项任务的操作，同时在任务功能方面也能更好的进行调度，这样在进行信息采集和处理的时候也能起到更好的效果，同时，在网络通信以及数据传输方面也是能够进行更好的应用，只要是利用TCP/IP协议栈调度和 USB协议栈调度。

2.1 多任务功能模块调度

多任务功能模块调度的实现策略在实现方面是非常的复杂的，在进行调度器设计和实现的时候要面临的问题也是非常多的，因此，为了更好的保证其使用效果，对其可以进行更好的研究。在对硬件调度器进行设计的时候，也是可以对软件调度器进行设计的，因此，信息处理智能模板在进行软件调度的时候，策略也是非常灵活的。调度器的主体部分通常包含着核心处理器，主要是对算法进行调度。资源表可以对TCP/IP协议栈和USB协议栈的相关资料进行储存，这样能够更好的实现对核心调度算法的内容进行存储。在任务表中，存储任务通常都是在初始位置。在任务表中，可以能够进行扩展的，这样在储存方面也是能够更好的对存储进行选择。

2.2 协议栈调度

TCP/IP协议栈调度。TPC/IP协议栈是一个分层的软件系统，将其分成若干模块，与Win CE操作系统紧密结合并提供API接口，API接口将协议栈功能以函数形式提供给应用程序。TCP/IP核心协议栈包含缓冲系统、内部调度与时间管理三个不同完成特定网络功能的子模块，在通信网内发送接收数据，必须有网络硬件接口，无论与硬件直接接口，还是通过Win CE操作系统间接实现，必须设置协议栈。

USB协议栈调度。USB协议栈包括设备协议层、协议控制层、数据交换层及电气层。第一层实现设备的特定协议由设备的差异性决定。第二层实现协议调度与传输控制性能决定了整个协议栈功能的优劣。第三层传输函数是整个协议层的核心，函数性能决定了整个USB总线的传输效率。该层包括主控与主机的交换函数，以及主控与设备的交换函数，后者通过USB总线信号与电气层实现二进制互联。

3 测试案例

测试装置包括两台计算机，一块信息采集板、一套支持One Wire协议的压力传感器，一套支持RS485通信协议的压力传感器，一套支持 RS232通信协议的压力传感器，及一套支持工业标准4-20mA电流信号的压力传感器。测试步骤如下。计算机A以USB方式连接信息采集板，接收串行数字信号；计算机B用以BCP/IP方式连接信息采集板，接收网络数字信息。支持One Wire、RS232及RS485协议类型的压力传感器，分别通过高速计数端口、RS232及RS485通信端口连接到信息采集板。支持工业标准4-20mA电流信号的压力传感器接入采集板模拟量输入端子。分别给4个压力传感器输入压力序列共计10个，范围变化较大，模拟矿井气压。计算机A以USB协议方式，接收来自4个压力传感器的压力信号；计算机B以太网TCP/IP协议方式，接收来自4个传感器的压力信号。测试数据分析有以下几种方法，针对每一个压力值，无论采用One Wire、RS232及RS485数字协议，还是采用4-20mA电流环模拟信号；无论是通过USB协议栈调度，还是通过TCP/IP协议栈调度通信，均可获得较一致的输出。每一组包括2个数据，分别对应TCP/IP通信和USB协议通信，经过对比分析，说明两类协议栈均可实现高精度数据采集。

4 结束语

对矿井信息种类进行更好的分析，能够更好的利用传感器和变送器，在进行设计的时候也能更好的设计矿井信息采集智能模板，这样能够更好的利用传感器中的信息集成单元，对远程信息和数据进行传输，这样在价格方面也是非常低廉，这样能够进行更好的推广。

参考文献

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