基于μC/OS的電梯環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

伊新 張磊

摘 要電梯作為居民日常使用的特種設(shè)備，需要進(jìn)行定期的檢查與維修。針對(duì)電梯內(nèi)部環(huán)境和工作電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有助于了解電梯所處的工作狀態(tài)。為了提高電梯檢測(cè)的效率，系統(tǒng)以STM32作為硬件，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為軟件，結(jié)合多類傳感器，以無(wú)線通信的方式將采測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送至手機(jī)等移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)以及查詢。

【關(guān)鍵詞】特種設(shè)備 傳感器 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 檢測(cè)效率

隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，城市的高層建筑越來(lái)越多，電梯運(yùn)行可靠性和功能完整性的同時(shí)，電梯安全性也隨之得到越來(lái)越多關(guān)注。本文結(jié)合STM32單片機(jī)及嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，集成溫濕度、照度、噪聲、速度等傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)進(jìn)行電壓、電流、電阻檢測(cè)，采用無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸至手持端，進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的顯示、存儲(chǔ)、查詢并支持?jǐn)?shù)據(jù)的導(dǎo)出，極大的縮短了檢測(cè)時(shí)間、提高了檢測(cè)精度，有助于維保人員實(shí)時(shí)掌握電梯的運(yùn)行狀況。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架

采用μC/OS-Ⅲ作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互處理。硬件采用Cortex-M4內(nèi)核的STM32F407VET6作為微處理器，同時(shí)結(jié)合無(wú)線通信技術(shù)，嵌入式技術(shù)，電工電子技術(shù)，軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的總體框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。電梯環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)的總架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)主要功能模塊

系統(tǒng)采用STM32F407VET6作為信息交互處理的微處理器，該芯片采用Cortex-M4的內(nèi)容，芯片處理速度為168MHz輸入電壓為1.8V-3.6V，微處理器采用工業(yè)常用的MODBUS通信協(xié)議完成數(shù)據(jù)的采集，微處理器輪詢的方式通過(guò)SPI接口定時(shí)下發(fā)采集命令，通過(guò)向每一個(gè)信息采集單元下發(fā)信息采集指令。被選中的采集模塊通過(guò)SPI接口完成信息的上傳。最小芯片系統(tǒng)如圖2所示。

2.1 無(wú)線通訊模塊

本文結(jié)合GPRS傳輸方式和移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的通信費(fèi)用，采用SIM900A模塊要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸功能。本文SIM900A模塊通過(guò)串口與STM32芯片進(jìn)行通訊。SIM900A模塊和STM32模塊的連線的電路如圖3所示。

2.2 模擬量采集原理

傳統(tǒng)的傳感器輸出型號(hào)多位4-20mA的電流信號(hào)，而ADC0809模擬信號(hào)的輸入只能為0-5V的電壓信號(hào)，因此，在ADC0809模擬信號(hào)的前端設(shè)計(jì)了220Ω的精密排電阻將4-20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0.88-4.4V的電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，具體的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件工作原理

3.1 μC/OS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

本文采用μC/OS-Ⅲ作為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由成核心、任務(wù)處理、時(shí)間處理、任務(wù)同步與通信，CPU的移植等5個(gè)部分組成。最大的優(yōu)勢(shì)是μC/OS-Ⅲ的源代碼是完全公開(kāi)的，同時(shí)在長(zhǎng)時(shí)間的具體應(yīng)用中表現(xiàn)穩(wěn)定可靠，同時(shí)支持具有可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。

3.2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)軟件經(jīng)過(guò)定制化裁剪及添加系統(tǒng)所需的通訊協(xié)議函數(shù)、I/O口控制函數(shù)、A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)等。結(jié)合系統(tǒng)在進(jìn)行才的過(guò)程應(yīng)在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤傳輸?shù)幕A(chǔ)上進(jìn)行功耗的實(shí)時(shí)降低。如圖5所示。

3.3 手機(jī)端軟件開(kāi)發(fā)

本文基于安卓系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了手機(jī)端信息查詢軟件，在進(jìn)行安卓應(yīng)程序開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需完成：

（1）安裝JDK，配置Java開(kāi)發(fā)環(huán)境；

（2）安裝Eclipse集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；

（3）安裝AndroidSDK開(kāi)發(fā)包；

（4）安裝ADT插件這四個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境的配置工作，并結(jié)合Java開(kāi)發(fā)語(yǔ)言及在Android仿真器上的調(diào)試仿真完成手機(jī)端軟件遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)信息的開(kāi)發(fā)工作。

4 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試

如圖6所示為本文搭建的集成溫濕度、照度、噪聲、速度等傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)進(jìn)行電壓、電流、電阻檢測(cè)的采集單元。

5 結(jié)語(yǔ)

本文開(kāi)發(fā)的基于μC/OS的電梯環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)具有成本低，實(shí)時(shí)性好，操作方便，傳感器集成度高等特點(diǎn)。在進(jìn)行電梯信息采集的過(guò)程中投入時(shí)間少，對(duì)電梯環(huán)境信息的了解程度高的特點(diǎn)，具有廣泛推廣的特點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介

伊新（1978-），男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)樘胤N設(shè)備安全檢測(cè)。

作者單位

新疆維吾爾自治區(qū)特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市 830011