基于嵌入式系统的煤矿井下探测设备开发

摘 要：单片机是简易的计算机系统与硬件结合的设备，通过简易的代码程序进行编译，从而实现对硬件的基本操作功能。煤矿矿井井下的作业具有一定的不确定性和危险性，为了能够进行更好的煤矿生产以及煤矿开采，提高井下开采的效率。通过嵌入式系统技术，开发矿井下的探测设备，从而能够对井下的作业环境进行合理的分析与考察，从而保证井下作业的高效性。本文重点分析基于嵌入式系统开采的井下探测设备。

关键词：嵌入式系统；煤矿；探测设备

中图分类号：TD76 文献标识码：A

Coal Mine Detection Equipment Development Based on Embedded System

XUN Qifeng

（Yancheng Teachers University，College of Information Science and Technology，Yancheng 224000，China）

Abstract：SCM is equipment of computer system and hardware simple binding， compiled by a simple code，so as to realize the hardware of the basic operating functions.Coal mine down hole with uncertainty and risk，in order to better coal production and coal mining，improve the efficiency of underground mining.Through the embedded system technology，detection equipment development under the mine，so as to analysis and investigation of reasonable of down hole operation environment，so as to ensure the efficiency of the down hole operation.This paper focuses on the analysis of mining mine detection equipment based on embedded system.

Keywords：embedded system；coal mine；detection device

1 引言（Introduction）

对于煤矿生产而言，探测设备主要应用于矿井井下环境，其主要的功能在于能够对煤矿矿井井下的环境进行数据化的分析与处理，而实现真正意义上的高效井下作业。煤矿生产属于能源开采行业之一，对于能源的有效以及高效开采是煤矿企业追求的核心。因此，能够开发井下的探测设备，并以此作为有效利用的基础核心，也是未来煤矿企业进行高效生产的重要因素之一。对于探测设备而言，必须是比较轻易的小型设备。受到煤矿井下环境的影响，探测设备需要满足小型化、抗腐蚀化以及满足井下恶劣环境等多个苛刻条件。此外，在技术方面，由于探测设备的小型化也限制了其采用的技术必须为单片机，并需要采用的是嵌入式系统的开发技术。本文将重点分析探测设备的嵌入式系统开发。

2 嵌入式系统简析（Analysis of embedded systems）

对于单片机而言，嵌入式系统的理念并不陌生。两者是一种相互依存的关系，通过一定的技术结合分析，从而剖析嵌入式系统在单片机硬件上的应用，能够更加符合其技术特点，从而将技术效果发挥到最佳。从理论概念分析，嵌入式系统实际上依然是一种计算机系统，只是嵌入式系统具有其专门的应用型。从技术角度分析，嵌入式系统主要控制中央处理器中的ROM控制板，然后进行程序写入与嵌套。在实际的技术操作中，一般的小型具备计算能力的设备，都能够采用嵌入式系统。只是为了能够满足不同设备的需求，嵌入式系统会采取不同的程序设置，其复杂程度也会有所不同。例如微波炉以及汽车的内置电器设备等，其嵌入式系统还会包含操作系统，从而满足用户对于基本单片机的多功能操作要求。但是，在日常生活中，嵌入式系统依然以单独的程序来进行整个逻辑的控制[1]。

随着芯片技术的不断发展，嵌入式技术得以更加广泛的应用，并使其系统设备具有更强更具体化的处理能力。那么，对于现代化的嵌入式系统而言，其主要具有哪些特点呢[2]？

第一，嵌入式系统的系统内核趋于小型化。小型化的原因主要是因为嵌入式系统主要应用于一些比较小的电子设备，其系统的使用资源相对较少，而所需要的功能也会相对减少。因此，与传统的操作系统相比，嵌入式系统的内核要简单许多。

第二，嵌入式系统的专用性更强。嵌入式系统与传统的操作系统相对，虽然功能比较少，并且能实现的功能也很局限。但是，其专用性却非常强。

第三，嵌入式系统更见简易化。由于嵌入式系统的单方面功能性，对于其系统内的软件区别并不明显，也就是不会存在应用软件与系统软件的区别。从功能的角度分析，其系统内部设计的比较简单，不过也因此体现了其专用性。

第四，嵌入式系统具有非常高的实时性，这也是系统的基本要求。

第五，嵌入式系统与硬件设备一般都是固化在一起的。也就是为了能够提高硬件系统运行的速度和可靠性，从而对系统进行固化处理。

总之，对于嵌入式系统而言，其功能并不强大，但是却具有非常强大的专用性。针对性非常强大，但是缺乏一定的应变性。当任务发生改变的时候，升级麻烦，需要进行大规模的改动。

3 嵌入式系统的组成和设计（The composition andendprint

design of embedded system）

对于一个嵌入式系统而言，其主要的组成部分包括计算机的操作系统以及执行装置。其中，嵌入式的计算机操作系统是整个系统的核心过程，其中包括主要的硬件设备，中间设备以及系统的软件等。对于执行装置而言，主要是嵌入式计算机系统的操作对象，也就是系统的可控对象。可控对象通过接受嵌入式系统的命令，从而进行一定的操作并执行。执行装置的复杂程度不一样，针对不同的应用要求有着不一样的复杂程度的设计需求[3]。

首先，嵌入式系统的硬件层。与计算机网络的分层结构类似，嵌入式系统的主要层为硬件层。硬件层是嵌入式系统的硬件设备，其中主要包括微型处理器，ROM、接口设备等。硬件层中如果添加电源电路以及时钟电路等，就会形成一个嵌入式的核心控制模块。

其次，嵌入式系统的中间层。中间层也被称为是嵌入式系统的硬件抽象层。硬件抽象层的主要目的就能将硬件与软件层分开，从而使得系统的启动与运行具有相对独立性。采用中间层的设计，开发与设计人员可以不用考虑硬件层，从而使得开发工作更加简单。

最后，是嵌入式系统的系统软件层。软件层是嵌入式系统的主要组成部分，虽然软件层的设计最为复杂，但是却能够实现真正的功能。但是，实际上，嵌入式系统的真正软件层只有系统软件，也就是嵌入式系统的操作系统。

4 基于嵌入式系统的煤矿探测设备开发（Embedded

system development based on mine detection

equipment）

通过以上对嵌入式系统的功能以及组成等进行研究，可以分析出嵌入式系统的主要优势在于功能的专用性，并且其体积比较小，能够适用于特殊环境中使用。对于煤矿的生产中应用而言，其主要的优势就是能够在矿井下进行合理分步。煤矿矿井下的主要设备就是探测设备，其主要的核心应用理念就是单片机原理，而采用的技术则是嵌入式系统开发技术。下面就对基于嵌入式系统的探测设备的开发进行分析。

第一，煤矿矿井下的工作环境比较特殊，对于探测设备而言，一定要满足小体积。而嵌入式系统的主要优势就在于能够实现小体积化，并通过嵌入式的方式，将功能专用化，从而实现探测设备的物理条件要求。

第二，由于探测设备需要不断进行位置的改变，因为在煤矿矿井下，环境容易发生改变，因此由于嵌入式系统具有开放性，并可以满足可装卸性。

第三，煤矿井下的探测设备一定要满足实时性，而嵌入式系统也具备这样的特点。其中EOS的实时性是比较强的，能满足矿井下的探测设备中。

第四，煤矿井下的探测设备一定要采用统一的接口，由于嵌入式系统的硬件与软件的绑定关系，一旦一个因素发生变化，另一因素也会随着改变。因此，对于煤矿井下的设备而言，一定要采用统一的接口。

第五，处于井下的探测设备，其操作界面以及操作手法一定要简单易行，最好能够采用荧光的显示器，以便在黑暗的井下，也能够保证施工人员的正常操作。

总之，对于煤矿矿井下的探测设备的开发，必然要建立在强大的嵌入式系统技术的基础之上的。对于矿井下的探测设备，其主要的目的是能通过探测数据来提高煤矿生产的效率。探测设备实际上就是单片机，而单片机的主要系统就是采用的嵌入式系统。能够实现嵌入式系统的嵌入，就是因为嵌入式系统的功能优势与特点，从而实现了井下的探测设备。

5 结论（Conclusion）

本文从嵌入式系统的开发进行研究，嵌入式系统的功能特点以及功能优势，使其在矿井下的恶劣环境中，也能够使用。探测设备需要满足一些必要的物理条件，比如体积小等。而嵌入式系统，由于只是采用了最为基本的硬件设备，其内部的操作系统也是单纯的逻辑结构，并不存在逻辑软件与系统软件的区别。因此，嵌入式系统在一定程度上可以减少其体积上的设计。但是，由于嵌入式系统的功能单一，也就是所谓的专用性。因此，每个探测器的设计都需要进行统一方案的执行，采用统一的接口。只有如此，煤矿井下的探测设备才能够得以有效利用。

参考文献（References）

[1] 李金麒，徐建平.嵌入式系统软件可靠性设计与测试方法[J]，

计算机系统应用，2013（01）：74-78.

[2] 杜时英.加速度传感器在嵌入式系统中的电路搭建及驱动的

实现[J]，计算机时代，2013（01）：30-31.

[3] 林北洪，钟洪声，杨增岽.基于嵌入式Linux的视频循环录制系

统[J]，单片机与嵌入式系统应用，2013（01）：59-62.

作者简介：

荀启峰（1980-），男，硕士，讲师.研究领域：嵌入式系统设

计，计算机教育.endprint