数字技术在煤矿生产监控中的应用分析
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【摘要】本文论述了嵌入式监控技术在煤矿监控系统中的应用，可以实现数据、图像及语音多媒体信息实时宽带传输，提高了监控系统的反应速度及可靠度，为煤矿安全生产提供强有力的保障。
1.嵌入式数字监控系统的优点
1.1数字化监控的优点
在当今信息化时代，随着PC技术和互联网技术的不断发展进步，高速光纤网络的日益普及，基于TCP/IP协议的网络应用有了很大的发展，基于高速互联网的视频应用也开始有了用武之地，被广泛应用在监控系统中。和上一代主流的模拟闭路电视监控相比，数字化视频监控具有的优点：①数字化视频监控的图像传输借助于互联网，不再受制于地形和距离，信号稳定性和图像质量得到了保证；②数字化视频由于在网上传输数据，无需像模拟监控时代那样进行重复布线和专人值守，节省了人力物力；③监控数据和视频图像易于存储，而且可以随时从电脑中调出历史资料进行查询比对。
1.2嵌入式监控系统的应用结构和优点
所谓的嵌入式系统主要是指由嵌入式的微处理器以及相配套的硬件设备组成的硬件系统与应用中心、嵌入式操作系统以及特定的相关软件共同构成的一整套的对于可靠性、成本、功能、功耗等都有着严格要求的专用计算机。当前，一般的基于嵌入式系统的监控系统都是采用的模拟摄像机，然后基于相应的软件系统对其进行数字化处理以及压缩，转化为基于某种网络协议的流媒体，也有的是采用的一体化网络监控系统，在监控模块即完成相关数据的数字化以及网络化，直接向监控使用者进行传输。使用者可以通过硬解将各种监控信号输出到监视器，然后用键盘加以控制，完成存储；也可以软解到电脑上，进行查看和存储。这种系统具有如下优点：整体性较强，同时由专用的硬件与软件系统来实现其功能，因此兼容性和稳定性极佳，不会像插卡系统那样易受操作系统中其他软硬件的影响，而且便于系统管理和维护。
2.嵌入式数字监控系统设计
2.1总体系统设计
煤矿嵌入式监控系统总体由5个部分组成：数据采集和控制系统；中央监控系统；通信系统；信息浏览系统；数据库服务系统。
数据采集和控制系统负责采集井下数据，然后将数据传给中央监控系统，或者接收从控制系统发送的控制命令，处理安全隐患。中央监控系统是整个系统的核心，负责收取发送监测数据，下达控制指令消除安全隐患等。其硬件平台为基于ARM9的嵌入式系统，软件运行环境为WindowsCE4.0。通信系统则负责保障数据从井下的监测点快速稳定传给中央系统。信息浏览系统利用Web服务器将检测信息实时，让使用者能第一时间掌握煤矿的动态，及时处理安全隐患，防止事故发生。数据库服务系统则负责存储接收来的各种数据以及用户资料和密码。整个网络如图1所示。
2.2硬件电路设计
煤矿嵌入式监控系统的主要硬件就是各类监控探头，由于井下的环境特点，采用分体式分布。而机箱的设计则要考虑到系统的工作环境的特殊性，以耐用、坚固、防潮、防尘为目标。下部的电源与上部电源均为本安电源，下部采用胶封设计，并且采用隔爆型外壳设计，这也是基于整个系统的坚固性考虑，整个协议架构如图2所示。
2.3通信系统设计
嵌入式煤矿监控系统的通信系统主要有2种通信方式：1）串行通信方式，这种方式主要是用于数据采集系统以及中央控制系统间；2）Socket通信方式，这种方式能够实现中央控制系统与数据库服务器之间的通信，符合本次系统构建的需求。在数据上传的过程中，首先通过RS—232接口将原始数据向中央控制系统传送，然后在中央控制系统对数据进行打包处理，然后存入到SQLServer2000数据库，以便于用户随后浏览。发现安全隐患之后，授权用户可以在中央控制系统命令，命令经由RS—232接口向井下传输，并启动安防设备，以消除隐患。
2.3.1串行通信功能。中央监控系统在WindowsCE4.0环境下，采用多线程方式，利用WindowsAPI函数实现串行通信功能。程序的主线程负责监视串口状态，同时绘制数据曲线。对串口缓冲区的读写操作由读串口线程和写串口线程分别完成。为保证主线程能够迅速响应串行事件，主线程和辅助线程间的通信采用事件对象法。同时为保证通信时只进行一种操作，程序中采用异步I/O操作。
2.3.2Socket通信。Socket是一种通信链的句柄，通常用于对IP地址以及端口的描述。在具体的通信过程中，服务器进程现启动，然后等待客户端的连接请求，其具体的步骤如下：创建服务器端套接字；将该套接字绑定在服务器的某个端口并监听来自客户端的连接；客户端向服务器端发出连接请求；服务器端接受请求，获得该连接的一个新的套接字；双方进行数据的发送和接收；通信完成，关闭套接字。
2.4软件设计
由于通信系统有2种方式，这就要求通讯软件必须也支持2种通讯方式。根据通讯方式的不同，通讯软件分为宽带TCP/IP通讯软件程序和适应总线通讯方式的分站监控程序。不过2种通讯软件差异性并不显著，它们的控制、显示、分析和处理程序都是一样的，只是数据通讯部分程序有所不同。监控分站主程序由初始化程序、主循环分析处理显示控制程序、数据通讯程序组成。数据通信程序又分为3部分：通讯初始化、数据发送和数据接收。
3.结语
随着信息技术的发展，煤矿监控系统也将走上数字传输的道路。由文章可知，嵌入式技术传输速度快且稳定，通过网络即可监测数据，可及时发现安全隐患并发出控制指令，将其消灭在萌芽状态。
参考文献
[1]吴勇.高速嵌入式系统研究与实现[D].北京：北京工业大学，2003.
[2]何俊，冯鉴.基于Matlab的平面连杆机构预定轨迹优化设计[J].煤矿机械，2010，31（3）：36—39.