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1、嵌入式系统在闸门控制中的应用huanglj导语：选择Linux2.6作为嵌入式操纵系统的内核,绍了其内核和根文件系统的定制,以及图形用户接GUI的实现经过。以此为根底,设计了闸门控制系统的构造,并给出了各功能模块的实现方法。摘要:选择Linux2.6作为嵌入式操纵系统的内核,绍了其内核和根文件系统的定制,以及图形用户接GUI的实现经过。以此为根底,设计了闸门控制系统的构造,并给出了各功能模块的实现方法。关键词:嵌入式Linux;内核;闸门控制目前,国内大多数闸门控制系统采用的是强电接触器的硬接线方式,而且多为20世纪七八十年代的产品,已严重老化,达不到运行可靠性要求,存在着严重的平安隐患。同时
2、,闸室多依河道而建,闸门间距少那么近百米,多那么上千米,因无法实现集中控制而使得闸门反响速度慢,无法应对诸如突发性大水等特殊情况。目前,闸室调水主要由工作人员靠经历目测,造成了水资源的大量浪费,怎样进步闸门控制的智能化、实现闸门的集中控制,是急需解决的问题。当代计算机技术的开展为解决上述问题提供了技术支持,尤其是Linux嵌入式系统的开展与应用。Linux系统具有体积小、可裁减、运行速度高、网络性能良好等优点,而且具有源码公开、可以免费使用等特点,这些都使得Linux系统得以快速开展和广泛应用,并使嵌入式Linux系统在闸门控制中的应用成为可能。随着Linux2.6内核的发布,在嵌入式系统市场
3、,Linux向主流的实时操纵系统供给商提出了挑战,例如VxWorks和WinCE,它们具有很多新的特性,将成为更优秀的嵌入式操纵系统。嵌入式Linux系统具有高性能、高可靠性,并具有多媒体电脑特点,十分适用于工业现场控制和远程图像监控。针对上述闸门控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系统的闸门智能控制系统进展设计和讨论。系统采用了先进的计算机传感器技术,对多路闸位、水位进展实时跟踪显示,并提供相应的闸门闭环控制模型,使水资源利用率到达最优。1嵌入式Linux系统的构建1.1嵌入式闸门控制系统的主要性能要求1具有高可靠性、高响应性,能在一定程度上到达或者接近
4、实时操纵系统的性能。2系统整机能适应较恶劣的工作环境,而且功耗低。3有一定的多媒体图像、声音处理才能。4有性能良好的图形用户接口GUI解决方案,以及方便、实用的人机接口。5系统有一定的伸缩才能,能支持通用的硬件设计。针对上述性能要求,本设计将首先构建一个根本操纵系统,并在此根底上构建闸门控制系统1。1.2操纵系统平台的选择在诸多主流嵌入式操纵系统中选择Linux2.6作为操纵系统的内核,主要基于以下考虑:1Linux是一个公开源代码的操纵系统,可以形成具有自主知识产权的操纵系统。2Linux采用微内核构造,内核局部含进程调度、内存治理、文件治理、设备驱动等一般不大于1MB,即使加上小型的GUI
5、系统也不会大于16MB,比拟合适嵌入式系统的要求。3Linux2.6内核引进了内核抢占式的调度功能,因此,响应时间相比以前的内核有大幅度缩减。4Linux支持多种硬件体系构造。在开发初期,为了缩短开发周期,可以先选择支持x86的奔腾系列处理器平台;后期在进展很少改动的前提下,就可移植到其他硬件平台上。1.3操纵系统的开发流程本系统的定制主要有2个局部:一是系统内核及根本根文件系统的定制,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4MB8MB的根本Linux系统,提供如下根本操纵系统功能:多进程、多用户;文件、内存治理;用户操纵终端。这局部工作是后续系统定制和应用软件开发的根
6、底。采用2.6版本以上内核,在编译中参加内核抢占式调度功能、Ramdisk支持、中文字符集支持。根据文件系统只读局部采用Ext2文件系统,读写局部可采用Cramdisk等嵌入式文件系统。此局部的工作主要有:建立穿插编译环境;剪裁内核这是一个反复的经过;剪裁根文件系统,建立运行环境,编写各个运行脚本;提供根本硬件的支持。1.3.2GUI的实现基于X2Server定制一个16MB32MB的X2Windows环境,能提供较丰富的GUI功能。提供一个系统自动运行的程序,使开机至工程启动的时间控制在30s内,并在此根底上提供中文输入功能。GUI的实现是为基于此平台的闸门控制软件提供图形库操纵接口,使得该
7、软件具有较好的人机交互界面。此局部的工作主要有:编写X2Windows的各种配置文件;剪裁其不需要的程序,只保存根本程序;编写X2Windows的各个脚本文件3。2系统的硬件构造在本设计中,闸门控制系统由闸门操纵、视频收集和水情监测3个局部组成。根本构造如图1所示。系统的核心硬件平台选用基于P处理器以上的高性能嵌入式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控制,一个4通道的视频捕捉卡用做闸门现场状态的监控;2个RS2232的串行通讯口,外接RS2485的转换器后可分别连接闸位和水位传感器,收集实时数据;一个集成开发环境IDE接口
8、,可接一个64MB的文档对象模型DOM存储卡,作为嵌入式操纵系统、控制程序和收集数据的存储介质;以及板载加速图形端口AGP显卡,可外接液晶显示器LCD,用做闸门控制系统的显示输出和操纵界面。3闸门控制系统的开发在对嵌入式Linux操纵系统定制完成以后,就可基于定制平台完成一个具有完备闸门控制功能的用户软件。完好的闸门信息治理系统由视频收集压缩模块、水情测控模块和闸门控制算法模块组成。3.1视频收集压缩模块视频收集压缩模块的核心是由收集芯片BT878组成的PCI总线硬件卡,有1路/卡、4路/卡2种,通过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,对收集到的视频信号采用画
9、面平均分割的方式同时显示,也可选择只显示指定的视频通道,并提供根本的显示调节和云台远程操纵功能,以此提供对闸门及河道的本地和远程视频监视功能。3.2水情测控模块水情测控模块的主要任务是完成水位监测、闸门升高及运行情况监测、闸门运行开环/闭环控制、流量和过流水量的计算以及图表的生成。闸门的控制除了计算机智能控制以外,同时还采用双重手本地和集中控制,确保闸门控制万无一失。在此模块中,既要提供良好的人机交互界面,又要提供实时的流量与水量关系图表。在设计中,水情测控子系统主要由数据收集卡、水位传感器、闸位传感器、闸门控制单元、闸门本地集中控制柜和嵌入式主机构成。1数据收集卡通过PCI总线与主机连接,传
10、感器通过控制线直接与数据收集卡连接。主机定时收集水情数据,并交给应用程序后台进展计算、存储,以便在需要显示时立即生成相应的关系曲线。2各闸门控制单元通过控制线与DI/DO卡相连接。主机通过向DI/DO卡发出脉冲信号实现对闸门的控制。手动应急控制采用2种方式:一是通过外置控制器集中对各闸门进展升、降、停的控制;二是通过闸门控制单元上的控制按钮完成闸门的升、降、停的控制。3.3闸门控制算法模块4闸门控制系统属于典型的大滞后、多相关因素的非线性系统,本设计采用模糊专家系统的算法方案对其进展智能控制。根本的控制流程5如图2所示。基于嵌入式Linux操纵系统开发的闸门控制系统,比传统的控制方式降低了功耗、进步了可靠性,减小了整个系统的体积,便于安装调试,同时,使水资源利用率到达最优。更重要的是,在整个软件平台上拥有自主知识产权。