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引言 隨著《電梯監督檢驗規程》的發布，對檢驗機構的電梯檢驗質量提出了新的要求。但在《檢規》的實施過程中，不斷發現現有的檢驗項目缺乏必要的、科學的檢測手段。為此，探索研制一些檢測儀器，檢測儀器應用十分廣泛，主要應用于石化工業、電力工業、航空造船業、造紙業、紡織業、冶金工業等。當任何氣體(空氣、氧氣、氮氣……等)通過一泄漏孔隙，均會產生具有可探測高頻成份的擾流，以滲漏檢測儀來掃描附近區域，經由耳機可聽到泄漏的急流聲或是指示。檢測儀愈靠近泄漏點，則急流聲會愈大，指示讀值會更高。當然，環境噪音是個問題，但使用橡皮聚音探頭可縮小探測儀的接收區域。以阻隔雜訊噪音波的干擾，滲漏檢測儀的頻率調整功能可降低背景噪音干擾，讓沒經驗的使用者也可容易地操作來檢測泄漏。具有發現并解決各種故障特性的硬件或軟件設備，這些特性包括特殊協議包的解碼、特殊的編程前的故障測試、包過濾和包傳輸。 本研究針對電梯緩沖器復位時間的檢測要求而展開。《檢規》中是這樣描述的："對耗能型緩沖器需進行復位試驗，復位時間應不大于120s."對應的檢驗方法是："轎廂在空載情況下，以檢修速度下降，將緩沖器全壓縮，從轎廂開始離開緩沖器瞬間起，直到緩沖器回復原狀。觀察并用秒表計時。" 1系統功能特點 S3C2410處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器。該處理器擁有：獨立的16KB指令Cache和16KB數據Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND閃存控制器，3路UART，4路DMA，4路帶PWM的Timer，I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，2個USB主機，1個USB設備，SD主機和MMC接口，2路SPI.S3C2410處理器最高可運行在203MHz.核心板的尺寸僅相當于名片的2/3大小，尺寸如此小巧的嵌入式核心板是國內首創。開發商可以充分發揮想象力，設計制造出小體積，高性能的嵌入式應用產品。 實用性：應用數據通信接口規范，使檢驗結果判斷和檢驗結果輸出自動進行，達到有效提高檢驗的安全性和工作效率的目標。 易用性：采用便攜式設計，提供彩色圖文界面和觸摸屏操作，直觀方便易用。 2系統硬件實現方案 2.1總體設計方案 電梯緩沖器復位時間測試儀三星S3C2410的ARM芯片為核心，采用TFT彩色液晶圖文顯示和觸摸屏操作。預留各種通信接口。系統主要有控制部分，數據采集部分，數據存儲部分，輸入輸出部分等4個主要組成部分。具體硬件框圖如下圖1所示： 圖1 硬件總體框圖 系統的下位機部分主要負責前端的傳感器數據采集存儲以及和上位機的有關通訊，有關數據的分析和算法處理及用戶程序設計主要有上位機的S3C2410來完成。 2.2數據采集方案 下位機是直接控制設備獲取設備狀況的的計算機，一般是PLC/單片機之類的。上位機發出的命令首先給下位機，下位機再根據此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備。下位機不時讀取設備狀態數據(一般模擬量)，轉化成數字信號反饋給上位機。簡言之如此，真實情況千差萬別不離其宗。上下位機都需要編程，都有專門的開發系統。圖2為數據采集的硬件框圖： 圖2 數據采集框圖 3系統軟件部分： Windows CE主要分為四個模塊，如圖所示，這四個模塊提供最重要的操作系統功能：內核，對象存儲模塊，網絡與通訊模塊和GWES模塊。 Windows CE還包含其它可選模塊，支持如管理可安裝設備驅動程序和支持COM的任務，圖3為系統結構圖： 圖3 Windows CE系統結構圖 3.1定制操作系統 為了把Windows CE移植到特定的目標平臺上，微軟提供了一套完整的開發工具Platform Builder.該工具以對象庫格式提供給操作系統，以便開發人員可以將其作為特定操作系統平臺的組件。 首先，選擇造作系統的基本配置，并且為特定的平臺選擇相應的微處理器和板級支持包BSP(Board Suppor Packet)。BSP板級支持包(board support package)，是介于主板硬件和操作系統中驅動層程序之間的一層，一般認為它屬于操作系統一部分，主要是實現對操作系統的支持，為上層的驅動程序提供訪問硬件設備寄存器的函數包，使之能夠更好的運行于硬件主板。在嵌入式系統軟件的組成中，就有BSP.BSP是相對于操作系統而言的，不同的操作系統對應于不同定義形式的BSP，例如VxWorks的BSP和Linux的BSP相對于某一CPU來說盡管實現的功能一樣，可是寫法和接口定義是完全不同的，所以寫BSP一定要按照該系統BSP的定義形式來寫(BSP的編程過程大多數是在某一個成型的BSP模板上進行修改)。這樣才能與上層OS保持正確的接口，良好的支持上層OS.本測試儀采用S3C2410處理器，因此我們改造了微軟提供的基于S3C2410的BSP，自定義了符合我們要求的BSP. 其次，制定平臺，在此階段可開發設備驅動，適當地裁剪、添加組件。然后，封裝所需的各功能模塊，編譯生成OS鏡像文件。接著，把鏡像文件下載到目標設備，進行調試。 最后，導出定制操作系統的SDK(Soltware Development Kit)軟件開發工具包，安裝到EVC中，便可以進行基于我們定制的測試儀硬件平臺的應用程序開發。如圖4所示為操作系統移植流程圖： 圖4 操作系統移植流程圖 3.2應用軟件開發 操作系統的主要任務是為了管理所有硬件資源，并且提供應用軟件一個合適的操作環境。將Windows CE操作系統移植到ARM平臺上以后，下一步工作就是進行應用軟件的開發。本系統的上位機軟件主要在EVC的環境下開發完成，使用C語言為主要編程語言。 3.2.1串口通訊協議說明 模塊串口波特率9600，無奇偶效驗，一位停止位。控制命令通過一致的幀結構通訊，幀長度4字節：命令+數據0+數據1+校驗和。效驗和=命令+數據0+數據1的相加和的低8位。系統通過上位機串口直接對下位機模塊進行操作。上位機向下位機發送啟動16位距離讀取命令：Ox22+度數+NC+SUM.當測量完畢時，這時返回的數據是：Ox22+距離高+距離低+SUM;當測量無效時返回的距離高位和低位數據都是Oxff.(注：NC代表任意數據，SUM代表效驗和)串行端口在Windows CE下屬于流接口設備，是串行設備接口常規I/O驅動程序的調用與通信相關的具體函數的結合。串行設備被視為用于打開、關閉和讀寫串行端口的常規的可安裝的流設備。Windows CE的串口函數和Windows的串口函數基本相同，但有幾點值得注意：Windows CE只支持Unicode字符集，在編程時必須特別注意;Windows CE不支持重疊的I/O操作。在所有的流設備驅動程序中，均使用CreateFile來打開串行端口設備，如果這個端口不存在，CreateFile返回ERROR_FILE_NOT_FOUND. 關閉串行端口比較簡單，調用CloseHandle函數就能關閉一個打開的串行端口。CloseHandle只有一個參數，即調用CreateFile函數打開端口時返回的句柄，方法如下： CloseHandle(hPort); 正如使用CreateFile打開串行端口一樣，可以使用ReadFile和WriteFile函數來讀寫串行端口。假設已經調用CreateFile成功地打開了串行端口，那么只需調用ReadFile即可從串行端口讀取數據： 如果從主線程讀、寫大量的串行數據，主線程就會因為等待相對較慢的串行讀或串行寫操作而阻塞，不能即時處理其他的消息，因此這里用單獨的線程來讀寫串行端口。對于串行端口來說，還必須配置超時值，否則程序可能陷入到一個等待來自串口字符的死循環。通常，配置超時值和配置串口類似。首先用GetCommTimeouts函數獲取當前串口的超時值，然后修改CommTimeouts成員變量的值，最后用SetCommTimeouts設置新的超時值。 3.2.2算法分析 根據電梯檢測規程要求，緩沖器從全壓縮到復位的時間應不大于120秒。上位機從上電檢測開始每隔0.1秒發送一次數據采集命令，并將返回的距離值和開關量信號存儲于不同的數組待分析。數組s(m)和F(n)分別存儲采集到的距離值和開關信號值(0或1)，t為每次數據采集循環時間，T為緩沖器回復時間。軟件的算法流程圖如5所示： 圖5 算法流程圖 4結束語 基于ARM技術和Windows CE系統的電梯緩沖器復位時間測試儀功能齊備，精確性高，實用性強，滿足了新的檢測規程的要求。本設計方案首次實現了緩沖器復位過程中瞬時脫離點的檢測，實現了各種狀態時刻的精確計時和狀態識別，解決了信號同步，結果自動判斷和輸出等問題。 |
