闸门节制的嵌入式系统设计 - 全文

　　嵌入式Linux系统具有高机能、高靠得住性 ,并具有多媒体电脑特点,出格合用于工业现场节制和远程图像监控。针对上述闸门节制中急需解决的问题以及嵌入式Linux系统的特点,本文对嵌入式Linux系统的闸门智能节制系统进行设计和切磋。系统采用了前进前辈的计较机传感器手艺,对多路闸位、水位进行实时跟踪显示,并供给响应的闸门闭环节制模子,使水资本操作率达到最优。

　　1 　嵌入式Linux系统的构建

　　1.1 　嵌入式闸门节制系统的首要机能要求

　　1）具有高靠得住性、高响应性 ,能在必然水平上达到或接近实时操作系统的机能。

　　2）系统整机能顺应较恶劣的工作情形,而且功耗低。

　　3）有必然的多媒体（图像、声音）措置能力。

　　4）有机能精采的图形用户接口（GUI）解决方案 ,以及便利、适用的人机接口。

　　5）系统有必然的伸缩能力,能撑持通用的硬件设计。

　　针对上述机能要求,本设计将首先构建一个根基操作系统,并在此基本上构建闸门节制系统[1]。

　　1.2 　操作系统平台的选择

　　在众多主流嵌入式操作系统中选择Linux2.6作为操作系统的内核 ,首要基于以下考虑:

　　1）Linux是一个公开源代码的操作系统,可以形成具有自立常识产权的操作系统。

　　2）Linux采用微内核结构,内核部门（含历程调剂、内存打点、文件打点、设备驱动等）一般不年夜于1MB,即使加上小型的GUI系统也不会年夜于16MB,斗劲适合嵌入式系统的要求。

　　3）Linux2.6内核引进了内核抢占式的调剂功能,是以 ,响应时刻对比以前的内核有年夜幅度缩减。

　　4）Linux撑持多种硬件系统结构。在开发初期,为了缩短开发周期,可以先选择撑持x86的飞跃系列措置器平台;后期在进行很少改动的前提下,就可移植到其他硬件平台上。

　　1.3 　操作系统的开发流程

　　本系统的定制首要有2个部门:一是系统内核及根基根文件系统的定制 ,二是GUI的实现[2]。

　　1.3.1 　系统内核及根文件系统定制

　　定制一个4MB～8MB的根基Linux系统,供给如下根基操作系统功能:多历程、多用户;文件、内存打点;用户操作终端。这部门工作是后续系统定制和应用软件开发的基本。

　　采用2.6版本以上内核,在编译中插手内核抢占式调剂功能、Ramdisk撑持、中文字符集撑持。按照文件系统只读部门采用 Ext2 文件系统 ,读写部门可采用Cramdisk等嵌入式文件系统。此部门的工作首要有:成立交叉编译情形;剪裁内核（这是一个一再的过程）;剪裁根文件系统 ,成立运行情形,编写各个运行剧本;供给根基硬件的撑持。

　　1.3.2 　GUI的实现

　　基于X2Server定制一个16MB～32MB的X2Windows情形,能供给较丰硕的GUI功能。供给一个系统自动运行的轨范,使开机至工程启动的时刻节制在30s内,并在此基本上供给中文输入功能。GUI的实现是为基于此平台的闸门节制软件供给图形库操作接口,使得该软件具有较好的人机交互界面。

　　此部门的工作首要有:编写 X2Windows的各类设置装备摆设文件;剪裁其不需要的轨范,只保留根基轨范;编写X2Windows 的各个剧本文件[3]。

　　2 　系统的硬件结构

　　在本设计中 ,闸门节制系统由闸门操作、视频采集和水情监测3个部门组成。 

　　系统的焦点硬件平台选用基于PⅢ措置器以上的高机能嵌入式5.25英寸微型系统板,其自带2个外设部件互连（PCI） 插槽 ,可外接一个32通道的DI/DO卡用做闸门启闭机的节制,一个4通道的视频捕捉卡用做闸门现场状况的监控;2个 RS2232的串行通信口,外接 RS2485 的转换器后可分袂毗连闸位和水位传感器,采集实时数据;一个集成开发情形（IDE）接口,可接一个64MB的文档对象模子（DOM）存储卡,作为嵌入式操作系统、节制轨范和采集数据的存储介质;以及板载加速图形端口（AGP）显卡,可外接液晶显示器（LCD）,用做闸门节制系统的显示输出和操作界面。

　　3 　闸门节制系统的开发

　　在对嵌入式Linux操作系统定制完成往后 ,就可基于定制平台完成一个具有完整闸门节制功能的用户软件。完整的闸门信息打点系统由视频采集压缩模块、水情测控模块和闸门节制算法模块组成。

　　3.1 　视频采集压缩模块

　　视频采集压缩模块的焦点是由采集芯片BT878组成的PCI总线硬件卡,有1路/卡、4路/卡2种,经由过程组合可以实现多路视频输入和实时压缩。系统选择4路视频捕捉卡并加装云台,对采集到的视频旌旗灯号采用画面平均朋分的体例同时显示 ,也可选择只显示指定的视频通道,并供给根基的显示调节和云台远程操作功能,以此供给对闸门及河流的当地和远程视频看管功能。

　　3.2 　水情测控模块

　　水情测控模块的首要使命是完成水位监测、闸门升高及运行情形监测、闸门运行开环/闭环节制、流量和过流水量的计较以及图表的生成。闸门的节制除了计较机智能节制以外 ,同时还采用双重手（当地和集中）节制 ,确保闸门节制万无一失踪。在此模块中,既要供给精采的人机交互界面,又要供给实时的流量与水量关系图表。

　　在设计中,水情测控子系统首要由数据采集卡、水位传感器、闸位传感器、闸门节制单元、闸门当地集中节制柜和嵌入式主机组成。

　　1）数据采集卡经由过程 PCI总线与主机毗连 ,传感器经由过程节制线直接与数据采集卡毗连。主机按时采集水情数据,并交给应用轨范后台进行计较、存储 ,以便在需要显示时当即生成响应的关系曲线。

　　2）各闸门节制单元经由过程节制线与DI/DO卡相毗连。主机经由过程向DI/DO卡发出脉冲旌旗灯号实现对闸门的节制。手动应急节制采用2种体例:一是经由过程外置节制器集中对各闸门进行升、降、停的节制;二是经由过程闸门节制单元上的节制按钮完成闸门的升、降、停的节制。

　　3.3 　闸门节制算法模块[4]

　　闸门节制系统属于典型的年夜滞后、多相关身分的非线性系统,本设计采用恍惚专家系统的算法方案对其进行智能节制。 

       4 　结语

　　基于嵌入式Linux 操作系统开发的闸门节制系统,比传统的节制体例降低了功耗、提高了靠得住性,减小了整个系统的体积,便于安装调试,同时,使水资本操作率达到最优。更主要的是,在整个软件平台上拥有自立常识产权。