专利名称：基于arm技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统。
背景技术：
六氟化硫(SF6)是一种无毒、无味、无色、无嗅、非可燃的合成气体，具有一般电介质不可比拟的绝缘特性和灭弧能力。充装SF6的电气设备占地面积小，运行噪声小，无火灾危险，极大地提高了电气设备运行的安全可靠性。而气体绝缘金属封闭电器(GIS)的应用，打破了传统变电站的概念，使紧凑型、高电压、大容量新式变电站的发展得以实现，成为城网变电站改造的重要途径。近年来，SF6电气设备已在国内外得到了广泛的应用，并显示出 无与伦比的优越性。六氟化硫还是一种简单窒息剂。暴露在氧气含量〈19. 5%的大气中会导致头晕、昏迷、口水增多、反应迟钝、反胃、呕吐、失去意识和死亡。暴露在氧气含量〈12%的大气中会无任何先兆的失去知觉，并失去自我救护的能力。SF6经过高温拉弧放电的分解物氟化亚硫酰(SOF2)、氟化硫酰(SO2F2)、四氟化硫(SF4)、二氟化硫(SF2)等等也对人体有极大的损害。因此在装有SF6设备的开关室，平时因为通风不良可能会缺少新鲜空气，缺氧或因设备SF6气体泄漏而污染室内环境，使进入房间的操作人员，巡视、检修人员的健康甚至生命受到严重威胁，给电力安全运行带来挑战，因此，我国《电业安全工作规程》特别规定，在相关场所必须安装氧气和SF6检测报警装置系统，并安装必要的通风换气装置。
实用新型内容本实用新型装置的目的在于提供基于ARM技术的嵌入式六氟化硫泄漏监控装置系统是专门为了解决上述问题而设计的，它提供一种利用ARM处理器的强大运算能力和丰富存储资源，实现解决上述问题的监测控制装置系统。本实用新型为解决技术问题主要通过以下技术方案实现基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，主要由中央处理人机交换系统、以及与中央处理人机交换系统连接的复杂可编程逻辑器件CPLD、以及同时与复杂可编程逻辑器件CPLD连接的六氟化硫泄漏信息采集系统和报警输出系统构成。所述中央处理人机交换系统包括ARM处理器，所述ARM处理器通过I2C接口连接有实时芯片RT⑶S1337、通过键盘KEYPAD接口连接有3*3键盘、通过本地总线接口连接有存储器NOR FLASH和存储器SDRAM、通过本地总线接口和GPIO接口和INT接口与复杂可编程逻辑器件CPLD连接、通过ETH接口连接有以太网、通过USB2接口和USBI接口连接有USB鼠标和USB键盘、通过USBO接口连接有外部存储装置、通过UARTl接口依次连接有电平转换电路和集控中心、通过UARTO接口依次连接有电平转换电路和调试软件升级系统、通过IXD控制器连接有液晶显示器LCD。所述外部存储装置包括依次连接于USBO接口的USB扩展芯片USB2250和数据存储器CF卡。[0008]所述ARM处理器采用型号为EP9307 ARM920T的处理器。所述六氟化硫泄漏信息采集系统包括依次与复杂可编程逻辑器件CPLD连接的带串口扩展ST16C654芯片的电平转换电路、CAN总线控制器CSM100和六氟化硫采集传感器。所述复杂可编程逻辑器件CPLD还连接有红外输入接口。报警输出系统包括连接于复杂可编程逻辑器件CPLD的风机报警系统和声音报警装置。 所述风机报警系统包括依次连接于复杂可编程逻辑器件CPLD的光耦隔离电路、风机报警装置；所述风机报警装置还连接有手动控制器；所述光耦隔离电路还连接有通讯信号灯。所述声音报警装置包括依次连接于复杂可编程逻辑器件CPLD的录音芯片、声音放大器、喇叭。基于上述内容的描述，本实用新型设计的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，系统在硬件上包括基于ARM架构的32位嵌入式ARM处理器和与其连接的外围电路、以及扩展的接口电路，在软件上采用基于嵌入式LINUX软件实时操作系统的数据监测软件程序。外围电路主要由大容量的内部数据存储器以及用于外部数据备份的存储器CF卡、以及3*3键盘、USB鼠标和USB键盘、液晶显示器IXD、等。主机通过多路CAN总线控制器CSM100与六氟化硫采集传感器连接并通讯以实现对数据采集单元的实时监测，监测环境的六氟化硫气体含量、环境的氧气含量以及环境的温度、湿度数据。系统自动记录各种报警数据与实时数据，并存储历史数据；系统可以按照用户的要求自动控制风机启、停，以及声光报警输出；能根据各种应用场合的具体要求进行灵活配置的智能型采系统；并可提供与远端通信的接口，实现遥控、遥测、遥信等功能。基于ARM技术的嵌入式六氟化硫泄漏监控装置系统是综合运用嵌入式计算机技术、数据采集、数据处理、通信技术于一体的开放系统平台，它的所有功能均采用模块化设计，便于工程安装及工程维护。系统智能化程度高，性能稳定，功耗低。以解决高压开关电器设备室内空气中氧气、六氟化硫气体泄漏含量以及环境温度、湿度监测的人机交互、自动报警、通用性与远程通讯的技术问题。ARM处理器系列核心板采用32位嵌入式微处理器EP9307作为主控芯片，主控芯片配置有4M的NOR FLASH，64M的NAND FLASH, 32M SDRAM以及外存储器2G CF用于数据存储；ARM处理器通过LCD控制器和带图形加速的光栅显示接口与液晶显示器LCD连接；主控芯片通过10/100M以太网接口与RJ45连接实现10/100M速率的以太网通讯；主控芯片通过与USB2250芯片实现USB和USB鼠标的连接，使主机系统的操作简单方便化的人机交互操作。主控芯片EP9307集成芯片与CPLD芯片XC95144XL通过本地总线接口相连接，CPLD芯片XC95144XL与串口扩展ST16C654芯片相连，扩展多路串口，串口扩展ST16C654芯片分别与CAN总线控制器CSM100相连，实现多路独立的CAN总线通讯。CAN总线(采用CAN-BUS协议)全面支持CAN2. OA和CAN2. OB协议的CAN总线接口。串口扩展ST16C654芯片与红外传感器可组成红外人体探测单元；串口扩展ST16C654芯片与继电器连接组成报警输出单元。按上述方案，软件结构选用经裁减后的Linux嵌入式实时操作系统，系统内核为Linux2.6。它具有诸多优势首先，其内核稳定、功能强大、支持多种硬件平台，应用软件多且兼容性好；其次Linux的内核可以依据需要任意裁减；另外，由于Linux属于开源系统，使用成本低，已经日益得到商业公司的青睐，发展潜力巨大。所述的数据采集监测应用软件，是指运行与嵌入式实时操作系统之上，专门用于检测高压开关电器设备室内空气中氧气、六氟化硫气体泄漏含量以及环境温度、湿度参数的数据显示、管理，通讯等功能。本实用新型的技术优点及积极效果是。采用了 32位高性能ARM微处理器，处理速度快，计算优化效果好，接口丰富。采用了源码公开的实时操作系统LINUX，实时性强，稳定可靠。采用多路独立的CAN总线，实现对开关室内的数据采集单元节点的合理的总线网络布局，方便数据采集单元节点安装施工；以及适应现场开关室内的数据采集单元的多点布局。同时，多路独立的CAN总线能够方便实现对多个开关室内采集单元的同时监控与分别控制。系统适应性强。全面支持CAN总线、RS485和RS232总线通讯；同时支持TCP/IP以太网的数据通讯模式，方便主机系统接入上级电力监控系统或者其它管理系统，配合管理中心实现智能化的监测控制管理模式，提高智能化数据监测的管理水平。
图I是本实用新型的系统电路原理框图。图2是多路CAN总线的系统组成结构图。图3是本实用新型的系统软件层次结构图。图4是本实用新型的系统软件流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型进行具体的说明，但本实用新型并不局限于下述实施例。实施例如图1、2、3、4所示；本设计的是一种基于ARM技术的嵌入式六氟化硫泄漏监控装置系统，在硬件上主要由中央处理人机交换系统、以及与中央处理人机交换系统连接的复杂可编程逻辑器件CPLD、以及同时与复杂可编程逻辑器件CPLD连接的六氟化硫泄漏信息采集系统和报警输出系统构成。中央处理人机交换系统包括ARM处理器，所述ARM处理器通过I2C接口连接有实时芯片RT⑶S1337、通过键盘KEYPAD接口连接有3*3键盘、通过本地总线接口连接有存储器NOR FLASH和存储器SDRAM、通过本地总线接口和GPIO接口和INT接口与复杂可编程逻辑器件CPLD连接、通过ETH接口连接有以太网、通过USB2接口和USBI接口连接有USB鼠标和USB键盘、通过USBO接口连接有外部存储装置、通过UARTl接口依次连接有电平转换电路和集控中心、通过UARTO接口依次连接有电平转换电路和调试软件升级系统、通过IXD控制器连接有液晶显示器LCD。如图I所示，ARM处理器采用型号为EP9307 ARM920T的处理器，EP9307 ARM920T的处理器是基于ARM920T内核，采用RISC (精简指令)架构，扩展哈佛结构，系统主频可达400MHz的高性能、低功耗、高集成度工业级微处理器。本实用新型采用400MHz主频，配以、4M容量的Nor Flash用于存储Bootload (引导载入)，64M Nand Flash用于存储操作系统内核、监测系统应用程序以及系统文件，32M SDRAM用于系统内存以及外存储器2G CF卡作为数据存储。本实用新型利用EP9307芯片具有独立的IXD控制器，其是标准TFT液晶显示控制器，支持800x600 24位真彩，这给显示带来了方便。本实用新型选用七寸TFT真彩液晶显示器作为显示终端，与IXD控制器端口直接连接。USB鼠标和USB键盘分别通过USBl接口和USB2接口与ARM处理器连接，使主机系统的操作简单方便化的人机交互操作。本实用新型可实现10/100M速率的以太网通讯。此以太网接口即可与数据采集单元连接实现与数据采集单元的以太网通讯，方便系统的以太网通讯的扩展；也可以与上层管理系统连接，实现主机接入本地局域网的上层管理系统，实现自动化监测。多路独立的CAN总线硬件组成电路见图2所示。主控芯片EP9307集成芯片与CPLD芯片XC95144XL通过总线相连接，CPLD芯片XC95144XL与串口扩展芯片ST16C654相连，扩展多路串口，串口扩展ST16C654芯片与74LVXC3245芯片经过电平转换后与CAN总线控制器CSM100相连，实现多路独立的CAN总线通讯。CAN总线(采用CAN-BUS协议)全面支持CAN2. OA和CAN2. OB协议的CAN总线接口。主控芯片EP9307集成芯片与CPLD芯片总线连接，CPLD芯片的I/O 口与人体红外传感器组成人体感知单元，实现自动感知工作人员进入工作范围，自动语言提示实时监测结果，实现智能化的直观感觉；CPLD芯片的I/O 口与录音芯片ISD1610BSY构成语音提示输出单元，实现语言告警和语言提示功能；CPLD芯片的I/O 口分别与风机控制继电器和报警输出控制继电器连接实现风机控制单元以及报警输出单元，CPLD芯片的I/O 口分别与风机报警装置和通讯信号灯连接。整个硬件系统由于采用了嵌入式硬件体系，使得在体积、功耗、抗干扰和稳定性能等方面都有突出表现。本实用新型的工作原理简述如下监控装置系统的ARM处理器通过RS485或RS232或者CAN总线接口，经总线控制器(CAN总线、232总线或485总线)收集各六氟化硫采集传感器的数据参数，对各采集传感器的实时数据在液晶显示屏上显示，以获取现场各采集点的数据参数。同时对各采集传感器的实时数据进行存储，并依据用户要求对各采集传感器的实时数据进行管理，依据用户设定自动控制语音报警输出，与风机控制输出。本监控装置系统软件选用经裁减后的Linux嵌入式实时操作系统，系统软件层次结构如图3，由多个模块组成，整个主机系统的软件结构组成可划分为四层，自下而上分别为系统层、驱动层、支撑层、应用层、表现层。软件系统层主要包括引导程序，Linux系统内核和系统文件系统。软件系统驱动层作为连接底层的硬件和上层的应用程序接口的纽带，将软件系统和底层的硬件分离开来。系统的底层驱动程序主要包括系统的启动/初始化、GPIO通用输入输出端口驱动程序、UART串口驱动程序、CAN总线驱动程序、以太网驱动程序、数据库 驱动、LCD驱动、键盘驱动驱动程序、存储器驱动驱动程序、GUI等。所述的软件系统应用层是专门用于检测高压开关电器设备室内空气中氧气、六氟化硫气体泄漏含量以及环境温度、湿度参数数据，并进行数据管理和通讯的应用程序。其实现如下功能定时采集开关室内各采样点、六氟化硫气体浓度含量、氧气百分比浓度含量、开关室内环境温、湿度信息，并通过曲线图形方式直观的显示。主控制器对当前各点采样数值进行判断，决定是否采取通风或报警措施，并定时存储采样数据和报警数据。同时还提供方便的查询功能存储报警数据和风机开启记录，根据用户设置定时开启风机等。通过串口与其它监控系统互联，实现数据共享与远程监控。并提供方便而完整的系统设置功倉泛。程序运行流程图，如图4所示。系统上电后，先进行硬件初始化和嵌入式操作系统LINUX初始化。初始化完成后，程序开始建立多个任务，包括人机交互任务、数据检测与控制任务、数据存储任务。任务建立后，软件系统启动多任务调度，由嵌入式操作系统协调任务 的运行。如上所述便可较好的实现本实用新型。
权利要求1.基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于主要由中央处理人机交換系统、以及与中央处理人机交換系统连接的复杂可编程逻辑器件CPLD、以及同时与复杂可编程逻辑器件CPLD连接的六氟化硫泄漏信息采集系统和报警输出系统构成。
2.根据权利要求I所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于所述中央处理人机交换系统包括ARM处理器，所述ARM处理器通过I2C接ロ连接有实时芯片RT⑶S1337、通过键盘KEYPAD接ロ连接有3*3键盘、通过本地总线接ロ连接有存储器NOR FLASH和存储器SDRAM、通过本地总线接口和GPIO接口和INT接ロ与复杂可编程逻辑器件CPLD连接、通过ETH接ロ连接有以太网、通过USB2接口和USBI接ロ连接有USB鼠标和USB键盘、通过USBO接ロ连接有外部存储装置、通过UARTl接ロ依次连接有电平转换电路和集控中心、通过UARTO接ロ依次连接有电平转换电路和调试软件升级系统、通过IXD控制器连接有液晶显示器LCD。
3.根据权利要求2所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于所述外部存储装置包括依次连接于USBO接ロ的USB扩展芯片USB2250和数据存储器CF卡。
4.根据权利要求2所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于所述ARM处理器采用型号为EP9307 ARM920T的处理器。
5.根据权利要求I所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于所述六氟化硫泄漏信息采集系统包括依次与复杂可编程逻辑器件CPLD连接的带串ロ扩展ST16C654芯片的电平转换电路、CAN总线控制器CSM100和六氟化硫采集传感器。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于所述复杂可编程逻辑器件CPLD还连接有红外输入接ロ。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于报警输出系统包括连接于复杂可编程逻辑器件CPLD的风机报警系统和声音报警装置。
8.根据权利要求7所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于所述风机报警系统包括依次连接于复杂可编程逻辑器件CPLD的光耦隔离电路、风机报警装置；所述风机报警装置还连接有手动控制器；所述光耦隔离电路还连接有通讯信号灯。
9.根据权利要求7所述的基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，其特征在于所述声音报警装置包括依次连接于复杂可编程逻辑器件CPLD的录音芯片、声音放大器、喇叭。
专利摘要本实用新型公开了基于ARM技术的嵌入式系统六氟化硫泄漏监控系统，主要由中央处理人机交换系统、以及与中央处理人机交换系统连接的复杂可编程逻辑器件CPLD、以及同时与复杂可编程逻辑器件CPLD连接的六氟化硫泄漏信息采集系统和报警输出系统构成。采用了32位高性能ARM微处理器，处理速度快，计算优化效果好采用了源码公开的实时操作系统LINUX,实时性强，稳定可靠。同时支持TCP/IP以太网的数据通讯模式。全面支持CAN总线。系统适应性强。
文档编号G08B21/12GK202383499SQ201120538419
公开日2012年8月15日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者罗涛, 赵勇 申请人:四川菲博斯科技有限责任公司