（信号与信息处理专业论文）基于arm的矿井提升机后备保护器的设计与实现.pdf

论文题目：基于 arm 的矿井提升机后备保护器的设计与实现 专 业：信号与信息处理 硕 士 生：程望盛 （签名） 指导教师：倪云峰 （签名） 摘 要 为了保证矿井提升机的安全运行，本文设计了一套基于 arm 和 linux 操作系统的 矿井提升机后备保护装置，并详细论述了其设计开发过程。 在概述了矿井提升机在煤矿生产中的重要作用，明确了其后备保护器开发的必要 性，并通过对现有的后备保护器的分析，指出现有的后备保护器存在以下缺点：保护功 能不易扩展、人机界面不够友好和无法实现远程监测等基础上，本文提出了一种基于嵌 入式系统 armlinux 的提升机后备保护器设计方案，该保护器硬件上采用高性能 arm9 芯片 s3c2440 为核心处理器，具有功耗低、运行速率快、片内资源丰富等优点； 软件上采用 linux 为操作系统，具有功能强大支持网络通信、支持多种硬件平台、易于 移植、高度模块化、易于开发的优点；该提升机后备保护系统具有多任务、实时性强、 功能扩展容易和远程监测等特点，其保护功能主要包括：过压、过流、过速、过卷保护 等，采用电压、电流变送器和数模转换器实现了过压、过流保护；采用霍尔转速传感器 实现了过速、过卷保护；另外，研制保护装置中的 lcd、触摸屏及用户图形界面的采用 方便了人机交互，提高了生产效率；采用无线 gprs 模块实现了提升机的运行信息远程 无线监测功能，相比有线传输而言，无线传输更为方便。实验测试表明，该保护装置达 到了设计要求，能够保证矿井提升机的安全正常运行。 关 键 词：矿井提升机；后备保护；嵌入式；s3c2440；linux 研究类型：应用研究 subject : design and realization of protection system for hoist based on arm specialty : singnal and information processing name : cheng wang-sheng （signature） instructor : ni yun-feng （signature） abstract in order to guarantee the safe operation of the hoist, a protection system for the hoist based on arm9 and linux is designed. the complete developing process of the protection system is discussed on details. the important function of the hoist is summarized, and the necessity of developing protection system is clarified. by analyzing of the available back up protection system of the hoist, there are so many problems which need to be solved, such as difficult function extension, inflexible human-machine interfaces, lack of remote monitoring and so on. on this basis, the protection system for the hoist based on arm-linux is designed. s3c2440 is used as the core processor of the protection system, which has the advantages of low power, high speed process, and rich internal resources. linux is used as the operation system, which has the advantages of supporting network communication, supporting kinds of hardware platform, easy portability, high modularization, easier development and so on. the protection system has many characteristics, such as multitask, strong real-time, easy expansion of functions, remote monitoring. there are many protection functions in this protection system, including over-voltage protection, over-current protection, speed limit protection and over-wind protection. the over-voltage and over-current protection is implemented by adc and converter of current and voltage, and over-wind and speed limit protection is realized by hall rotational speed sensor. the human-machine interaction becomes more flexible because of lcd, touch screen and gui, which also increases the production efficiency. gprs that is the main part of the wireless transmission is used, with which the remote monitoring of hoists is realized. comparing with wired transmission, the wireless transmission is more convenient. the tested results show that the protection system can meet the requirements of the design, with which the hoist can operate safely. keywords: hoist; back-up protection; embedded system; s3c2440; linux thesis: application research 目 录 i 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 课题背景及选题意义 . 1 1.2 矿井提升机后备保护系统国内外发展现状 . 1 1.3 课题主要研究内容 . 2 2 矿井提升机安全运行保护原理和方法 . 3 2.1 矿井提升系统简介 . 3 2.2 矿井提升机构成 . 3 2.3 后备保护系统功能及其实现原理 . 4 2.4 系统速度测控方法 . 6 2.5 小结 . 8 3 系统总体方案设计 . 9 3.1 系统方案可行性分析 . 9 3.2 系统硬件设计方案 . 11 3.3 系统软件设计方案 . 12 3.4 小结 . 14 4 系统硬件设计及工作原理 . 15 4.1 系统信息处理模块的设计 . 15 4.2 系统信息显示传输电路的设计 . 19 4.2.1 液晶显示器电路. 19 4.2.2 串口电路. 20 4.2.3 无线通信电路. 21 4.3 系统信息采集电路的设计 . 24 4.3.1 霍尔转速传感器. 24 4.3.2 电压电流变送器. 25 4.3.3 模数转换电路. 27 4.3.4 漏电保护电路. 29 4.3.5 触摸屏模块. 30 4.4 系统供电电路的设计 . 31 4.5 电磁兼容性措施 . 32 4.6 小结 . 33 5 系统软件设计 . 35 目 录 ii 5.1 linux 系统简介 . 35 5.2 linux 系统设备驱动程序的设计 . 37 5.2.1 lcd 驱动程序. 37 5.2.2 串口设备驱动. 38 5.2.3 网络设备驱动. 40 5.2.4 gprs 模块驱动程序和 ppp 协议 . 41 5.2.5 a/d 转换驱动程序 . 43 5.2.6 触摸屏驱动程序. 45 5.3 应用程序的设计 . 47 5.4 小结 . 54 6 测试 . 55 6.1 处理器和存储器测试 . 55 6.2 串口测试 . 57 6.3 系统软件测试 . 59 7 结论 . 61 7.1 论文工作总结 . 61 7.2 研究展望 . 62 致 谢 . 63 参考文献 . 64 附 录 . 66 1 绪 论 1 1 绪 论 1.1 课题背景及选题意义 随着经济不断的高速发展，国民生产对电力的需求与日俱增。煤炭资源作为火力发 电的主要能源，其开采量日趋上升，然而与之相伴随的却是煤炭开采事故的频发，由于 煤炭开采处于地下，作业环境复杂，一旦发生事故就会造成重大生命、财产损失。煤炭 安全开采也被国家高度重视。安全生产已成为煤矿工作的重中之重。 矿井提升机作为煤炭开采的重要组成部分，其担负着煤炭的提升、人员的升降、材 料工具的运输等任务，是联系矿井底部和地面的唯一通道，素有矿井咽喉之称，其安 全运行的重要性不言而喻1。 矿井提升机的运行安全与否， 不仅关系到煤矿的正常开采， 而且与矿井工人的生命安全紧密联系，否则其后不堪设想，例如：2001 年 3 月 19 日， 芦岭煤矿主井发生过卷事故，造成重大非人生事故，直接经济损失高达 19.06 万元2。 有鉴于此，自 2001 年 11 月实施的中华人民共和国产品质量法煤矿安全规程 （以下 简称煤矿安全规程 ）对矿井提升机的各项性能参数做出了明确的要求，从而确保提 升机的安全运行。 矿井提升机自身拥有一些保护装置，但保护功能不够完善，其性能和精度不高，且 矿井环境复杂恶劣，难免丧失功效，从而产生重大安全隐患。针对此种情况，在不需要 改动原有装置的前提下（否则成本过高，可操作性不强） ，增加一套独立的保护系统， 将极大的提高矿井提升机运行的安全性和可靠性。 1.2 矿井提升机后备保护系统国内外发展现状 国外矿井提升机性能优越，其代表有：瑞典的 abb 全数字式提升机、德国的 aeg 矿井提升机等。它们具有一个共同特点就是安全保护系统十分完善，特别是对闸控和速 度监控系统等重要保护环节，设计得更加完善，有些环节设置双重保护，如果第一道失 灵、还有第二位保护，如过速保护既有机械离心开关，又有电气过速系统；过卷保护不 仅在监控器中有，而且在井筒中再增设道过卷保护等。所有这些保护措施，对提升机 的自动运行安全都是可靠的保证3。 然而国外提升机价格高昂， 其核心技术保密， 使得提升机购置和维护成本大为增加， 且许多中小型煤矿无力购置。 自八十年代起，随着国民经济的发展，为了满足煤炭安全生产的要求，大量自主知 识产权的矿井提升机后备保护装置应运而生， 如： 徐州 m12-3b 提升机综合后备保护器、 河南 tjhb-h 型矿井提升机微机后备保护装置、tzb - 6 8 型综合后备保护仪等等。 西安科技大学硕士学位论文 2 国内后备保护器大多以单片机或可编程逻辑芯片为控制核心，其优点是：电路结构 简单、开发周期短、成本较低等；其缺点有：保护功能不够完善、系统不易扩展、人机 交互不便、远程监控实现困难等。 1.3 课题主要研究内容 以提升机运行信息为主，以提升机供电电压、电流信息、静电等信息为辅，设计了 一套集数据采集、提升机状态监测、异常情况下能发出声光报警、复位抱闸信号等功能 为一体的矿井提升机后备保护系统。主要研究内容如下： (1) 对提升机运行状态进行分析，确立其相应的监控参数和监控点。 (2) 提升机的输入信息可分为数字信息和模拟信息。选择合适的传感器进行采集(要 求传感器能实时、准确的完成其它物理量到电信号的转换） ，若是模拟信息，则需先经 过模数转换，得到相应的数字信息，数字信息经过光电隔离、去除噪声后，生成标准信 号送入控制器。 (3) 系统对提升机状态进行实时监测，并将相关信息通过 lcd 屏显示出来。 (4) 针对当前提升机无法实现远程监控的情况，本系统增加了无线 gprs 通信模块， 实现将信息通过无线网络传到上位机，从而达到远程监测的目的。 (5) 若输入到控制器的信号和提升机的各项参数的设定值进行比对后， 发现异常， 则 发出复位抱闸和声光报警信号。 2 矿井提升机安全运行保护原理和方法 3 2 矿井提升机安全运行保护原理和方法 2.1 矿井提升系统简介 矿井提升设备是一个系统，其主要由以下部分构成：提升机、提升主钢丝绳、提升 容器（箕斗、罐笼） 、天轮（在塔式摩擦提升时是导向轮） 、井架（在塔式摩擦提升时是 井塔） 、罐道（在斜井提升时是轨道） 、井筒和井筒装备、装载设备（在罐笼提升时是进 车装置） 、卸载设备（在罐笼提升时是出车装置） 、井底装置等4。如图 2.1 所示是典型 立井单绳缠绕式矿井提升机系统。 图 2.1 立井单绳缠绕式矿井提升机系统示意图 1提升机；2提升机钢丝绳；3天轮；4井架；5罐笼；6矿车 2.2 矿井提升机构成 矿井提升机从功能结构上进行划分，主要由以下几部分构成：机械工作装置、机械 传动装置、制动系统、观测和操作系统、拖动控制和自动保护系统5。其工作过程和功 能简述如下： (1) 机械工作装置：主要是指主轴装置和主轴承等，主轴装置由主轴、卷筒、滚动 轴承、支轮、制动轮及调绳离合器等构成。 西安科技大学硕士学位论文 4 (2) 机械传动装置：由减速器和联轴器构成。减速器用来实现提升机减速功能，联 轴器的作用是联接矿井提升机的旋转部件，并且向其连接的下一个部分传递动力6。 (3) 制动系统：制动采用液压的方式实现，该系统包括制动部分和液压传动两部分， 制动系统是矿井提升机不可或缺的组成部分， 也是提升机最为关键的一个安全运行保障 系统，制动系统的可靠与否直接关系到矿井提升机的安全运行。 (4) 观测和操作系统：其主要由包斜面操纵台，深度指示器构成。斜面操作台用以 实现提升机驾驶员对提升机的操控； 深度指示器是用来显示提升容器在矿井中的运行位 置，以及当提升容器运行至井口位置或井底位置时，给出减速信号，提示驾驶员减速行 驶。 (5) 拖动和自动保护系统：拖动系统由主拖动电动机、微拖动电动机、以及电气控 制系统构成。自动保护系统的作用是：在提升机驾驶员不参与的情况下，提升机发生故 障时， 保护系统能自动的把电动机与供电电源断开并同时采取安全制动进而实现对矿井 提升系统的保护。 自动保护系统具有以下性能：提升机超速时对提升机进行保护；电动机供电电源过 压或过流时自动保护；提升容器过卷时自动保护等7。 2.3 后备保护系统功能及其实现原理 矿井提升机自身有一定自动保护装置，但是其保护功能不够完善，且在复杂的采矿 环境中容易失效甚至损坏。有鉴于此，增加一套独立的后备保护系统的必要性和重要性 就显得尤为突出。经理论和实践证明，后备保护系统对提高矿井提升机的安全性的作用 是明显的8。 根据煤矿安全规程对矿井提升机的各项参数的要求，后备保护系统应具有如下 保护功能：电气保护、漏电保护、闸瓦保护、松绳保护、过卷保护、深度指示器失效保 护及过速保护9。以下分别对上述保护功能进行说明，并给出其相应的实现原理。 (1) 电气保护 电气保护可分为：电源电压过压、欠压保护和电源电流的过流保护。 电源电压过压、欠压实现原理为：作为 380v 的电源供电电路，正常工作时通过电 压变送器得到一个标准的直流 5v 电压，在测量电路中提供 6v 和 4v 的比较信号（根据 煤矿安全规程 ，提升机工作时电压允许的波动范围是 20%，即在测量电路中电压的 变化范围应在 4v6v 之间） ， 当直流电压超过 6v 或低于 4v 时(电压超过或低于标准 5v 的 120%)， 即当三相供电电路电压超过或低于 380v 的 120%时， 本系统发出声光报警和 复位抱闸信号，实现电压的过压和欠压保护。 电源电流的过流保护原理是：将电机三相电源的其中一相通过电流互感器，电流互 2 矿井提升机安全运行保护原理和方法 5 感器副边输出的电流经过变换电路得到电压信号，该信号经过模数转换后送入控制器。 当电机正常工作时，得到的标准电压变化范围是 08v，根据煤矿安全规程 ，提升机 工作所允许的最大电流值是正常工作时的 125%，因此控制部分的门限值为 10v，当电 机电流过流时（即得到的电压值超过 10v） ，系统发出复位抱闸信号并声光报警，从而 实现对电机的过流保护。 (2) 漏电保护 漏电是由于提升机的电路绝缘层破损和运动摩擦，使得提升机外壳产生漏电电压 (静电电压)。当其超过一定范围时，就会对人身安全构成危害。漏电电流保护的原理基 于霍尔电流定律：流入电路中任意节点的复电流代数和为零，在线路与电气设备正常的 情况下，各相电流矢量和等于零，因此，漏电电流互感器的二次侧绕组无信号输出，执 行元件不动作，当发生接地故障时各相电流矢量和不为零，故障电流使得漏电电流互感 器的二次感应电压使执行元件动作，切断供电实现提升机的漏电保护。 (3) 闸瓦保护 闸盘作为提升机制动系统和各项保护功能最终执行设备，闸盘制动间隙是关系到制 动系统能否安全、可靠及时动作的重要因素，长期以来，我国矿用提升机盘形闸间隙检 测都是采用非常原始的方法，即用两个限位开关来控制制动间隙和闸皮磨损的，但该方 法误差大，操作起来费时费力，存在着极大的安全隐患。监控系统应有闸间隙保护，闸 瓦间隙传感器采用磁敏可调节接近传感器，安装在闸瓦连接件上，当检测到闸瓦间隙超 过 3mm 或规定值，监控系统声光报警，同时，安全回路继电器动作，实现安全制动10。 (4) 松绳保护 钢丝绳是矿井提升机系统的一个关键部件， 也是一个相对薄弱且容易易发生事故的 环节，其不仅直接关系到矿井的安全生产而且关系到矿井工作人员的生命安全，国内外 矿井提升机系统因提升超载、匀速段过速、满仓、过卷等原因，造成钢丝绳松弛，进而 导致矿井提升系统断绳事故时有发生，据不完全统计，国内煤矿的矿井提升系统，因松 绳而引起断绳事故的占 50%以上，一旦出现断绳事故，轻则造成罐笼坠与井底，井筒破 坏，重则造成重大人员伤亡，其后果是十分严重的。所以在提升机监控系统中要加入松 绳保护，采用钢丝绳悬重式松绳保护方式，当系统检测到松绳开关信号时，声光报警， 同时，安全回路继电器动作，实现安全制动。 (5) 过卷保护 过卷保护是根据深度指示器的显示而设定的。若深度指示器失效，则会使提升机操 作员做出误操作而导致严重的过卷事故5。过卷保护的基本原理是：在深度指示器的两 端安装两个限位开关，调节限位开关之间的距离，使得当提升机容器超过正常终端停止 位置（或出车平台）0.5 米时，后备保护系统发出声光报警信号。 西安科技大学硕士学位论文 6 (6) 深度指示器失效保护 深度指示器失效保护， 顾名思义， 是在深度指示器失效时对提升机运行安全的保护。 失效保护距离是失效保护中一项非常重要的指标，理论上与失效保护距离是越小越好， 但在实际中受到采样分辨率的限制，当指示器失效时，控制在数米内发出信号即可。具 体实现方法是在深度指示器的转动轴上固定一个圆盘 （失效保护距离与圆盘的直径成反 比） ，圆盘边缘安装若干磁铁，在磁铁的上方有一个霍尔传感器，当圆盘转动时，传感 器会发出一系列脉冲，经滤波整形后送入失效计数器，失效计数器的另一个输入端接入 来自电动机转轴上的脉冲。当深度指示器正常工作时，失效传感器的脉冲会清零失效计 数器，失效传感器的脉冲来自于圆盘上的霍尔传感器，设定一个门限值，当失效计数器 的数值超过门限值时，系统发出声光报警并复位抱闸信号。 (7) 过速保护 过速保护可分为三个部分：在等速段，提升机容器速度小于最大速度的 15%；在减 速段，速度不得超过最大速度的 10%；在爬行阶段；速度要小于 2 m/s11。原提升机电 控系统的等速段速度保护是指当速度检测装置(测速发电机)测得的提升机速度超出额定 速度的 15%时，安全回路继电器断开安全回路的常闭触点，进行紧急制动。但由于安全 回路动作率极低，且每年整定校验一次，所以很难做到准确动作。又因为提升容器运行 速率较快，若采取紧急制动，所产生的瞬间冲击力会对矿井提升系统造成很大损害（甚 至于钢绳断开，提升容器坠井损毁） 。因此，在过速保护时分为两个阶段进行：当提升 容器超速 10%而且持续时间超过设定值，系统发出声光报警信号，提醒提升机驾驶员采 取制动措施；当运行速度下降至正常等速度时，声光报警信号自动解除；若驾驶员未进 行制动进而导致提升容器超速 15%，且持续时间超过设定值，安全继电器动作，进行安 全制动，这样可有效减少紧急制动造成的危害。同理，在减速段和爬行段，提升机容器 的速度超过给定值时，系统发出声光报警信号，超过设定时间后，进行安全制动12。 2.4 系统速度测控方法 矿井提升机容器运行特性复杂、速度快、惯性大，且其一旦运行速度失去控制而不 能按照给定速度运行， 就可能发生超速、 过卷等事故， 从而造成设备损坏甚至人员伤亡， 给煤矿生产带来重大损失，因而矿井提升机的速度保护显得至关重要。根据煤矿安全 规程第四百二十七条规定：矿井提升系统必须安装过速保险装置，当提升速度超过最 大速度的 15%时，提升系统必须能自动断电，并能实现复位抱闸；提升速度超过 3 m/s 的提升机必须安装限速装置，限速装置保证提升容器(或平衡锤)到达终端位置时的速度 不超过 2 m/s。这是一个比较简要的安全技术要求，为了实现准确、可靠的速度保护， 人们进行了长期、不断的探索，提出了诸如路线监视、逐点监视和 2 m/s 限速保护等许 2 矿井提升机安全运行保护原理和方法 7 多具体方法，但实际效果并不是令人十分满意。因此，有必要研究提升机容器速度控制 方法。提升机容器在矿井中做周期性往返运动，通常用其速度和时间的关系来表示其运 动规律（简称运行速度图） ，运行速度图包括五个阶段：启动加速阶段、等速阶段、减 速阶段、爬行阶段、制动阶段。其中主要参数是：等速阶段、减（加）速阶段、爬行阶 段。其运行速度图如图 2.2 所示： t (s) t (s) t1t2t4 a2 t5 a1 a(m/s2) v(m/s) a3 vmax t3t6 1.15vmax t7 v1=2 m/s 加速段匀速段减速段爬行段 制动段 v2 图 2.2 提升容器运行速度图 图中虚线表示提升机容器的超速和限速保护，点划线表示 2 m/s 限速区。加（减） 速段，提升容器速度要小于 1.10vmax（即 vmax的 110%倍） ，实现限速保护；匀速段，容 器速度要小于 1.15vmax，实现超速保护。然而爬行段 2 m/s 的检测点到选择相对较为复 杂，以下给出其检测点位置的分析计算过程13： 12max 2 111 2 1 ttvtas （2.1） 式中 s1容器在 t2时刻距离井底的距离； a1加速段容器运行的加速度； vmax等速段容器最高运行速度； t1加速段结束时刻； t2匀速段结束时刻； 西安科技大学硕士学位论文 8 23max12 15. 1ttvss （2.2） 式中 s2容器在 t3时刻距井底的距离； t3减速延迟时刻； 23 tt 减速延迟时长； 2 2 1 2 max 23 2 15. 1 a vv ss （2.3） 式中 s3容器速度为 2 m/s 时距井底的距离（即容器的两米限速点） ； a2减速段容器运行的加速度； 2.5 小结 本章首先介绍了矿井提升机，给出了典型的矿井提升系统；在此基础之上，阐述了 后备保护系统应具有的保护功能：电气保护、闸瓦保护、松绳保护、过卷保护、深度指 示器失效保护，并给出了实现相应保护功能的原理和方法；详细分析了提升容器的运动 过程，并通过公式计算，解释了提升机容器两米限速点的由来 。 3 系统总体方案设计 9 3 系统总体方案设计 3.1 系统方案可行性分析 本矿井提升机后备保护器的设计采用 arm（advance risc machines 高级指令系统 处理器）linux 嵌入式开发方案。矿井提升机后备保护器的功能可以表征为各项数字 信号、模拟信号的采集，并和设定值进行比较，若有异常情况发生时，发出报警信号。 经测试后， 以 armlinux 嵌入式系统为基础的设计能够完全满足后备保护器的各项要 求。 目前的后备保护器或是国内采用单片机为开发核心， 存在结构简单、 功能不够完善、 人机交互不够友好、远程无线监控实现困难等不足；或是国外基于 pc 开发的，存在开 发周期长、成本高昂、核心技术保密等情况。有鉴于此，本文设计了一套基于 armlinux 系统的后备保护器。与以单片机为核心的保护器相比，由于处理器更为先 进和具有操作系统，本系统保护功能较为完善、人机交互友好、具有远程监测功能；与 国外基于 pc 机保护器相比较：本系统具有开发周期短，成本低，拥有自主知识产权等 优点。 以下分别从本设计所采用的 arm9 处理器 s3c2440 和 linux 系统， 硬件核心和开发 软件两个方面对系统方案进行论证说明： (1) arm9 处理器 s3c2440 的选择 随着电子的技术的不断发展，处理器(非 pc 处理器)也在不断的更新换代，其大致 可分为 3 个发展阶段： scm （single chip microcomputer 单片机） 、 mcu （micro controller unit 微控制器） 、soc（system on chip 系统级芯片） 。 scm 又称单片微型计算机，计算机的 cpu、ram、rom、定时器和 i/o 口集成在 一片芯片上，构成所谓芯片级计算机；mcu 特点是就是根据特定对象要求扩展出各种 的外围电路和接口，其所具有的结构和功能都与对象紧密联系，最为突显就是其控制能 力。但在日常生产中单片机和微控制器的界限并不清晰、明显，大多时候都以单片机 统称这两类处理器。通常被提及的 51 系列处理器（如 80c51）就是其中最具代表性， 应用最广泛的处理器。 soc 是采用了超深亚微米技术工艺技术，使用一个以上的 cpu，外部可以对芯片 进行编程，采用了第三方 ip(intellectual property 知识产权)进行设计的一类处理器。soc 技术被广泛认同的根本原因， 并不是在 soc 中可以集成多少晶体管， 而是其开发设计周 期更短，提高了生产效率。本设计采用的 s3c2440 就是属于 soc，其集成了处理器、 mmu（内存管理单元） 、nand flash 控制器等部件，而其中 cpu 就是基于 arm 公司的 ip 设计的。 西安科技大学硕士学位论文 10 soc 按照处理器内核体系结构可分为：mips 处理器，其是由美国 mips 公司研发 出来一套处理器体系； powerpc 处理器， powerpc 由 ibm (国际商用机器公司)、 apple(苹 果公司)、motorola（摩托罗拉公司）联合开发的。mpc860 和 mpc8260 就是其中最经 典的两款处理器；arm 处理器，其是由英国 arm 公司研发的。 plc（programmable logic controller）是一种以微处理器为基础，带有输入输出接 口，融合了微电子技术、自动控制技术的工业控制装置，其具有功能容易扩展、控制精 度高、安装调试方便等优点。与 arm 相比，plc 控制功能采用模块组合的方式的实现， 由于功能要求众多，使得所需模块众多从而造成成本增高和模块的利用率下降，传统的 plc 控制没有操作系统因而在系统智能化、多任务、应用程序可移植等方面不如 arm。 arm 处理与其它处理器相比，以其高性能，低功耗、低价格等优点被广泛应用于 无线电子、安全系统（如信用卡、sim 卡） 、消费电子和工业控制中14。目前，许多公 司都与 arm 公司签订了硬件技术使用许可协议，包括 intel、ibm、飞利浦、索尼、三 星电子等许多大公司。arm 体系结构的版本即其所使用的指令集版本包括：armv4、 armv5、armv6、arm7 和 arm9 等。本设计采用 s3c2440 芯片就是三星公司生产的 arm9 类型处理器。需要指出的是：与 arm7 型处理器相比 s3c2440 含有内存管理单 元，其最大的作用是从硬件上将应用程序和操作系统分开编译和管理，这样做的优势在 于系统的安全性更高、可维护性高、更利于各功能模块的划分。 (2) linux 操作系统的确定 从上世纪 80 年代， 出现了许多商用嵌入式操作系统， 如 vxworks、 psos、 windows ce、c/os-ii 等。 vxworks 是美国 windriver 公司开发的嵌入式实时操作系统。但就性能而言， vxworks 性能优越，内核可裁剪；高效的任务管理；中断处理处于微秒级；任务间通信 灵活；支持网络协议等。然而其支持硬件相对较少，且代码不开发，需要专门的技术人 员进行开发和维护，授权费高。 windows ce 是 microsoft 公司针对嵌入式设备开发的 32 位、多任务、多线程的商 用操作系统。其支持 x86、arm、mips、sh 等架构的 cpu，具有丰富的硬件驱动代码、 可灵活裁剪，应用程序的开发和 pc 上 windows 应用程序开发类似，开发便利，但是其 源代码没有完全开放，研发人员很难实现更为精细的定制；windows ce 整个系统比较 庞大，占用大量内存；其由 microsoft 开发，版权费较高。 c/os-ii 是 micrium 公司开发的操作系统，可用于 8 位，16 位和 32 位处理器，其 对硬件的要求不高，可最多运行 64 个任务；调度方式为抢占式；c/os-ii 采取一次性 收费方式。需要指出的是 c/os-ii 只是一个实时内核，对于产品开发而言，结构功能尚 不完善，研发人员需要自行编写硬件驱动代码，选择所需的文件系统。 linux 操作系统是遵循 gpl 协议的开源操作系统，使用时无任何费用，内核可任意 3 系统总体方案设计 11 进行裁剪，几乎支持