基于A(yíng)RM9的電梯緩沖器復位時(shí)間測試儀的設計

　　0 引言

　　隨著(zhù)《電梯監督檢驗規程》的發(fā)布，對檢驗機構的電梯檢驗質(zhì)量提出了新的要求。但在《檢規》的實(shí)施過(guò)程中，不斷發(fā)現現有的檢驗項目缺乏必要的、科學(xué)的檢測手段。為此，探索研制一些檢測儀器，設法滿(mǎn)足特種設備檢驗的需要勢在必行。

　　本研究針對電梯緩沖器復位時(shí)間的檢測要求而展開(kāi)?！稒z規》中是這樣描述的："對耗能型緩沖器需進(jìn)行復位試驗，復位時(shí)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(kāi)始離開(kāi)緩沖器瞬間起，直到緩沖器回復原狀。觀(guān)察并用秒表計時(shí)。"

　　上述檢測手段主觀(guān)性太大，造成實(shí)際的檢驗結果不具有科學(xué)性、準確性，應當開(kāi)發(fā)一套成本相對較低，但檢驗精度高、效率高，安裝容易，可靠性好的系統，用于緩沖器復位時(shí)間的檢驗?？紤]到上述要求和用戶(hù)的易用性，我們提出了基于ARM9的嵌入式Windows CE平臺方案。

　　1 系統功能特點(diǎn)

　　采用三星S3C2410芯片，基于A(yíng)RM-Windows CE的電梯緩沖器復位時(shí)間測試儀具備以下功能特點(diǎn)：精確性：采用轎廂運動(dòng)過(guò)程中的緩沖器受力變化狀態(tài)信號以及緩沖器復位狀態(tài)信號的實(shí)時(shí)采集、分析方式，達到檢測結果精確，瞬時(shí)性好的目標。

　　實(shí)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(dòng)進(jìn)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(guān)方便易用。

　　2 系統硬件實(shí)現方案

　　2．1 總體設計方案

　　電梯緩沖器復位時(shí)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(gè)主要組成部分。硬件上主要有上位機和下位機兩部分組成，之間采用串口標準RS232通訊，具體硬件框圖如下圖1所示：

　　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(guān)通訊，有關(guān)數據的分析和算法處理及用戶(hù)程序設計主要有上位機的S3C2410來(lái)完成。其通過(guò)串口接收下位機上傳的數據包，負責向下位機發(fā)送包含采樣參數的信息包，并承擔數據的處理，算法分析以及靜態(tài)參數的計算和顯示等工作。

　　2．2 數據采集方案

　　下位機是一個(gè)基于高性能AVR單片機的超聲波測距系統，具有溫度校正和軟件補償，承擔現場(chǎng)緩沖器恢復狀態(tài)的實(shí)時(shí)數據檢測采集，并按照一定的協(xié)議打包成數據包通過(guò)串口傳給上位機。測量最小距離4cm，最大距離500cm，分辨率為1cm。圖2為數據采集的硬件框圖：

　　3 系統軟件部分：

　　Windows CE主要分為四個(gè)模塊，如圖所示，這四個(gè)模塊提供最重要的操作系統功能：內核，對象存儲模塊，網(wǎng)絡(luò )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(dòng)程序和支持COM的任務(wù)，圖3為系統結構圖：

　　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(kāi)發(fā)工具Platform Builder。該工具以對象庫格式提供給操作系統，以便開(kāi)發(fā)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)。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(kāi)發(fā)設備驅動(dòng)，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(zhù)，把鏡像文件下載到目標設備，進(jìn)行調試。在此階段，我們主要進(jìn)行了串口和觸摸屏程序系統相關(guān)組件的添加和裁剪，編譯生成符合我們測試儀硬件要求的OS鏡像。

　　最后，導出定制操作系統的SDK(Soltware Development Kit)軟件開(kāi)發(fā)工具包，安裝到EVC中，便可以進(jìn)行基于我們定制的測試儀硬件平臺的應用程序開(kāi)發(fā)。如圖4所示為操作系統移植流程圖：

　　3．2 應用軟件開(kāi)發(fā)

　　操作系統的主要任務(wù)是為了管理所有硬件資源，并且提供應用軟件一個(gè)合適的操作環(huán)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(jìn)行應用軟件的開(kāi)發(fā)。本系統的上位機軟件主要在EVC的環(huán)境下開(kāi)發(fā)完成，使用C語(yǔ)言為主要編程語(yǔ)言。主函數主要包含以下幾個(gè)模塊：用戶(hù)界面模塊、上下位機串口通訊模塊、算法分析處理模塊。

　　3．2．1 串口通訊協(xié)議說(shuō)明

　　模塊串口波特率9600，無(wú)奇偶效驗，一位停止位?？刂泼钔ㄟ^(guò)一致的幀結構通訊，幀長(cháng)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(guò)上位機串口直接對下位機模塊進(jìn)行操作。上位機向下位機發(fā)送啟動(dòng)16位距離讀取命令：Ox22+度數+NC+SUM。當測量完畢時(shí)，這時(shí)返回的數據是：Ox22+距離高+距離低+SUM；當測量無(wú)效時(shí)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(dòng)程序的調用與通信相關(guān)的具體函數的結合。串行設備被視為用于打開(kāi)、關(guān)閉和讀寫(xiě)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(diǎn)值得注意：Windows CE只支持Unicode字符集，在編程時(shí)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(dòng)程序中，均使用CreateFile來(lái)打開(kāi)串行端口設備，如果這個(gè)端口不存在，CreateFile返回ERROR_FILE_NOT_FOUND。因此，用戶(hù)指定的端口必須是存在并且可用的，而且要遵循Windows CE流接口設備驅動(dòng)程序的命名規則，即COM后接要打開(kāi)的端口號再緊跟一個(gè)冒號。

　　關(guān)閉串行端口比較簡(jiǎn)單，調用CloseHandle函數就能關(guān)閉一個(gè)打開(kāi)的串行端口。CloseHandle只有一個(gè)參數，即調用CreateFile函數打開(kāi)端口時(shí)返回的句柄，方法如下：

CloseHandle(hPort)；

　　正如使用CreateFile打開(kāi)串行端口一樣，可以使用ReadFile和WriteFile函數來(lái)讀寫(xiě)串行端 口。假設已經(jīng)調用CreateFile成功地打開(kāi)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(xiàn)程讀、寫(xiě)大量的串行數據，主線(xiàn)程就會(huì )因為等待相對較慢的串行讀或串行寫(xiě)操作而阻塞，不能即時(shí)處理其他的消息，因此這里用單獨的線(xiàn)程來(lái)讀寫(xiě)串行端口。對于串行端口來(lái)說(shuō)，還必須配置超時(shí)值，否則程序可能陷入到一個(gè)等待來(lái)自串口字符的死循環(huán)。通常，配置超時(shí)值和配置串口類(lèi)似。首先用GetCommTimeouts函數獲取當前串口的超時(shí)值，然后修改CommTimeouts成員變量的值，最后用SetCommTimeouts設置新的超時(shí)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(shí)間應不大于120秒。上位機從上電檢測開(kāi)始每隔0．1秒發(fā)送一次數據采集命令，并將返回的距離值和開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)信號值(0或1)，t為每次數據采集循環(huán)時(shí)間，T為緩沖器回復時(shí)間。軟件的算法流程圖如5所示：

　　4 結束語(yǔ)

　　基于A(yíng)RM技術(shù)和Windows CE系統的電梯緩沖器復位時(shí)間測試儀功能齊備，精確性高，實(shí)用性強，滿(mǎn)足了新的檢測規程的要求。本設計方案首次實(shí)現了緩沖器復位過(guò)程中瞬時(shí)脫離點(diǎn)的檢測，實(shí)現了各種狀態(tài)時(shí)刻的精確計時(shí)和狀態(tài)識別，解決了信號同步，結果自動(dòng)判斷和輸出等問(wèn)題。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將向著(zhù)多功能、智能化的方向發(fā)展。