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      地鐵雜散電流監測裝置的設計與嵌入式系統在其中的應用介紹

      電子設計 ? 2018-11-01 08:50 ? 次閱讀

      1 地鐵雜散電流產生原理

      地鐵牽引供電一般為直流供電,而當直流大電流沿地面敷設的軌道流動時,直流電流除了在軌道中流動外,還會從軌道泄漏到大地,在大地中的各種金屬物體上流動,然后再回到電源系統。這部分泄漏出來的電流稱為雜散電流,在地鐵工程中又稱為迷流,如圖0所示。由于雜散電流對埋入地下金屬產生腐蝕作用,就可能使得某些地方的地下金屬在自然腐蝕的同時又受到嚴重的雜散電流電腐蝕作用,導致地鐵電化腐蝕速度加快。

      2? 實驗室模擬裝置的設計

      由于地下鐵道的特殊環境,理論上和實際中都難以在現場進行實驗,因此這類課題的研究和實驗,多數情況下往往要在實驗室里進行,圖1是自行設計的一個實驗室模擬地下鐵道雜散電流的產生和對地下金屬腐蝕作用的實驗裝置。

      3 數據采集系統的設計

      3.1 系統概述

      本系統由硬件和軟件兩部分組成。硬件以SST89C51 和8位ADC 芯片AD0809 為核心,具有鍵盤控制和液晶顯示功能,該系統還具有實時時間顯示和看門狗功能,可以通過RS232接口與外部(微機) 通信。系統的軟件以實時嵌入式操作系統ucos2 為基礎,采用多任務機制,通過任務調度和任務監視,系統具有較好的實時性和安全性。ucosII 是源碼公開的實時嵌入式操作系統,采用優先級調度算法完成任務間的調度,并支持搶占式調度。ucosII具有可裁減的體系結構,μC/OS-II是一種可移植的,可植入ROM的,可裁剪的,搶占式的,實時多任務操作系統內核。它被廣泛應用于微處理器、微控制器和數字信號處理器。嚴格地說uC/OS-II只是一個實時操作系統內核,它僅僅包含了任務調度,任務管理,時間管理,內存管理和任務間的通信和同步等基本功能。沒有提供輸入輸出管理,文件系統,網絡等額外的服務。但由于uC/OS-II良好的可擴展性和源碼開放,這些非必須的功能完全可以由用戶自己根據需要分別實現μC/OS-II 的前身是μC/OS,并把μC/OS 的源碼發布在該雜志的 BS上。并具有內存管理、中斷管理和任務控制塊(TCB) 擴展的功能。ucosII還提供很多系統服務,例如郵箱、消息隊列、信號量等等。還具有可移植性好,結構簡單等優點。

      3.2 系統的硬件設計

      系統的硬件組成框圖如圖2 所示。各電阻電壓信號經過隔離放大,然后通過線性光耦的隔離后,別傳送到多路采集A/D轉換芯片0809的輸入端進行數據采集。經A/D轉換后的數字量被單片機讀入,經處理后可,在液晶上顯示出具體數據。同時也可以由通信接口讀入微機進行進一步的處理和分析。液晶有系統提示和實時時間顯示,可以通過鍵盤進行選擇和控制。

      A/D轉換可采用價格低廉又通用的8位逐次逼近式ADC ADC,即移動ADC,是Application data center的縮寫,其實是ASP模式與IDC業務的結合的演變,是由中國移動推出的一項移動信息化產品業務,主要針對中小企業,屬于移動信息化的行業應用,業務主要包括有移動OA、手機郵箱、無線網站以及移動進銷存等四款行業應用托管解決方案。AD轉換就是模數轉換,顧名思義,就是把模擬信號轉換成數字信號。,適合數據采集,轉換時間可達100 us .系統外部擴展32 kROM 和RAM ,供緩存數據和存貯程序。液晶采用日立公司系列產品中的D44780 ,可以顯示16字×2行的字符模組。時間芯片采用的是M48T86 ,具有實時時間和日歷顯示功能。整個系統采用全地址譯碼法,外部設備和存儲器統一編址。

      3.3 系統的軟件設計

      3.3.1 傳統的程序流程

      一個典型的單片機數據采集系統的程序通常包括輸入/ 輸出控制、數據處理和顯示、鍵盤管理等模塊。程序采用循環方式,流程如圖3所示。

      可以看到,傳統的程序是基于單任務機制的,各個模塊構成一個整體,作為一個任務運行。在實際應用中,這種程序的安全性差,只要一個系統的設計模塊出了錯誤,整個系統工作就會被打亂,只有利用看門狗進行復位。這對于比較復雜的系統,在實際運行中看門狗就會頻繁地發生復位操作。而且由于數據采集和鍵盤程序的執行頻率可能相差很多,這樣對系統的定時要求就會很高,傳統的程序流程對實時性就難以很好地滿足。

      3.3.2? 基于ucosII 的系統程序流程

      基于ucosII 的程序流程如圖4所示。程序中,每個模塊對應一個任務,彼此之間是并行的,但每個模塊都對應著一個不同的優先級,由操作系統進行調度運行。系統可以通過監控模塊對其他模塊的工作進行監控,從而減少看門狗的復位次數。而且通過ucosII 內核的任務調度,系統的實時性會提高很多。

      3. 4? 任務的劃分和構成

      系統中并行存在的幾個任務按優先級從高到低依次是:顯示任務、鍵盤管理任務、輸出任務、各路數據數據采集任務和數據處理任務。系統采用靜態優先級,這樣系統的控制會相對比較簡單。

      系統中的每個任務包括應用程序、任務堆棧以及任務控制塊( TCB) 三部分。任務控制塊是一個數據結構,當任務的CPU 使用權被剝奪時,ucosII 用它來保存該任務的狀態。當任務重新獲得CPU 的使用權時,任務控制塊能確保任務從被中斷的那一點執行下去。操作系統可以通過查詢任務控制塊的內容從而對任務進行管理。系統中任務的狀態有5 種:休眠態、就緒態、運行態、中斷服務和等待態。狀態之間的轉換如圖5所示。

      休眠態時任務駐留在程序空間中,還沒有交給uc/ os2II 管理。當任務一旦建立,就進入就緒態。就緒態中優先級最高的任務轉為運行態。如果系統的運行導致就緒態中的一個任務優先級高于運行態的任務優先級,則系統通過調度使運行態任務喪失對CPU 的控制權轉為等待態或者就緒態,轉而運行就緒態中的那個任務。這樣就實現了任務的切換。

      每個處于等待態的任務都對應一個等待時間,時間管理函數可將等待時間已過的等待態的任務轉為就緒態,這實際上也就是時鐘中斷的中斷服務程序。

      3.5 任務的通信和調度

      本系統中任務間的通信采用消息隊列來完成的。消息隊列是uc/ os2II 中的一種通信機制,可以使一個任務或者中斷服務子程序向另一任務發送以指針方式定義的變量。為方便易用,采用消息隊列,用于數據采集任務、數據處理任務、鍵盤管理任務、輸出任務、顯示任務之間的通信。系統通過隊列控制塊來管理消息隊列,每個消息隊列對應一個隊列控制塊。消息的存取基于優先級原則,隊列控制塊中等待任務列表內優先級任務最高的任務先從消息隊列中取消息,系統采用搶占式內核,調度函數總是保證優先級最高的就緒態任務轉為運行態。當就緒態的任務搶占CPU 時,系統執行一次中斷服務程序。當任務中的消息發送完成以及中斷返回時,系統調用調度函數,將任務從等待態轉為就緒態,這樣就緒態中任務的最高優先級就會發生變化,進而影響到運行態和就緒態間的任務切換。

      4? 系統的工作過程

      本系統采用兩種方式顯示采集電流的大小,循環顯示和指定顯示,在正常工作情況下,采用循環顯示方式顯示8路采集電流大小,每采集完一路電壓,就向數據處理任務發送一條消息,而數據處理任務每處理完一路就向顯示任務發送一條消息,由于鍵盤掃描任務優先級比數據采集任務最高,每當用戶鍵盤選擇時,就搶斷當前采集任務,而去處理用戶需要選擇的那路電壓,并相應顯示。當采集電流超過一定標準時,系統會報警,以告之監測人員,另外本系統還留有串行232接口,用于和微機通信,以儲存雜散電流的歷史情況

      5? 結束語

      本系統經調試,軟硬件工作均正常。實驗證明,本系統較傳統的數據采集系統在安全性和實時性方面都有了很大的提高,數據采集系統包括了:可視化的報表定義、審核關系的定義、報表的審批和發布、數據填報、數據預處理、數據評審、綜合查詢統計等功能模塊。通過信息采集網絡化和數字化,擴大數據采集的覆蓋范圍,提高審核工作的全面性、及時性和準確性;最終實現相關業務工作管理現代化、程序規范化、決策科學化,服務網絡化。完全能夠適應復雜系統的需要。隨著網絡和多媒體技術的發展,嵌入式系統的應用有著更廣闊的空間。

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      在服務器芯片領域,Intel一直處于難以撼動地位,其X86架構服務器芯片占據超過九成的市場份額。此前....

      的頭像 滿天芯 發表于 12-05 16:45 ? 943次 閱讀
      華芯通第一代服務器芯片昇龍4800芯片正式實現量產

      芯片投資有多少困難和機會?芯片投資的五大困難

      承接第一點,如何讓號稱如神經大腦般的彈性演算跑在硬浜浜的硅片上呢?大量的libraries、comp....

      的頭像 芯智訊 發表于 12-05 16:40 ? 964次 閱讀
      芯片投資有多少困難和機會?芯片投資的五大困難

      華芯通ARM服務器芯片昇龍4800實現量產

      早在2018年5月,華芯通就宣布其第一代服務器芯片產品已經完成研發設計工作、流片試產成功,將于201....

      的頭像 DIGITIMES 發表于 12-05 16:33 ? 527次 閱讀
      華芯通ARM服務器芯片昇龍4800實現量產

      高通將重啟對恩智浦的收購?高通官方回應:交易已經終結,將專注于5G

      蘋果和高通之間的對抗早在 2017 年初就開始了,當時蘋果率先將高通告上了法庭,訴訟點主要是芯片專利....

      的頭像 芯智訊 發表于 12-05 16:32 ? 1001次 閱讀
      高通將重啟對恩智浦的收購?高通官方回應:交易已經終結,將專注于5G

      晶圓代工廠商怎樣看待智能時代的圖像傳感器市場

      隨著人工智能、物聯網等產業的發展演進,社會正在進入智能時代,圖像傳感器也迎來發展新機遇,在積極備戰產....

      的頭像 半導體動態 發表于 12-05 16:04 ? 327次 閱讀
      晶圓代工廠商怎樣看待智能時代的圖像傳感器市場

      AWS發布了十多個機器學習AI新品

      近日,亞馬遜云計算服務公司(AWS)在美國拉斯維加斯召開的 re:Invent大會上,發布了十多個重....

      的頭像 機器人技術與應用 發表于 12-05 15:53 ? 375次 閱讀
      AWS發布了十多個機器學習AI新品

      英特爾研發新技術 芯片尺寸縮小到目前尺寸大小的五分之一并降低能耗90-97%

      據外媒報道,英特爾已在一項名為“自旋電子學”的技術領域取得進展。隨著傳統芯片技術逐漸失去動力,這項技....

      發表于 12-05 15:28 ? 447次 閱讀
      英特爾研發新技術 芯片尺寸縮小到目前尺寸大小的五分之一并降低能耗90-97%

      光誘導介電泳系統與微流體技術結合開發高純度細胞純化分離設備

      細胞辨識、觀察、計數與純化分離是生物醫療領域中不可或缺的基礎技術。20世紀中葉,一種通過連續高壓流體....

      的頭像 微流控 發表于 12-05 14:25 ? 387次 閱讀
      光誘導介電泳系統與微流體技術結合開發高純度細胞純化分離設備

      科技新聞:蘋果A13處理器曝光:代號閃電

      據國外媒體報道,日前麻省理工學院研究人員造出史上第一架“固態”飛機,其推進系統中沒有任何活動部件。這....

      的頭像 EDA365 發表于 12-05 11:04 ? 869次 閱讀
      科技新聞:蘋果A13處理器曝光:代號閃電

      董明珠的造芯計劃在加速實施,正籌謀參與近幾年里最大的一次半導體并購案

      聞泰科技收購安世集團是今年國內半導體行業最受關注的事件,在此前的公告中,格力電器還未參與其中。而格力....

      的頭像 EDA365 發表于 12-05 11:00 ? 839次 閱讀
      董明珠的造芯計劃在加速實施,正籌謀參與近幾年里最大的一次半導體并購案

      關于機器人發展水平的問題應該從幾個方面進行分析

      這并不是國產機器人的問題,對于國產機器人廠商來講,是機器人產量的問題。由于機器人的產量小,國產機器人....

      的頭像 機器人博覽 發表于 12-05 10:30 ? 536次 閱讀
      關于機器人發展水平的問題應該從幾個方面進行分析

      康寧與旭福半導體達成半導體玻璃載板在中國市場銷售的合作協議

      紐約州康寧 — 康寧公司和上海旭福半導體電子有限公司今日宣布,雙方已簽署了一份關于半導體玻璃載板在中....

      的頭像 CINNO 發表于 12-05 10:22 ? 381次 閱讀
      康寧與旭福半導體達成半導體玻璃載板在中國市場銷售的合作協議

      安防工程在偏遠地區的全面建設之路 依舊需要因地制宜

      目前,2018首屆西藏安防展研討會在拉薩舉行,針對偏遠地區智能安防建設進行了多方位的討論。在全國智慧....

      發表于 12-05 10:13 ? 156次 閱讀
      安防工程在偏遠地區的全面建設之路 依舊需要因地制宜

      華大電子共三顆安全芯片產品通過身份認證獲得ID2INSIDE商標授權

      近期,華大電子CIU系列三款安全芯片產品集成阿里云Link ID2設備身份認證服務,并成為獲得阿里云....

      的頭像 華大半導體有限公司 發表于 12-05 09:42 ? 339次 閱讀
      華大電子共三顆安全芯片產品通過身份認證獲得ID2INSIDE商標授權

      亞馬遜早已計劃進軍AI芯片市場 云端AI芯片成為科技巨頭們的戰場

      近日,在拉斯維加斯舉行的AWS re:Invent上,亞馬遜正式發布了其首款云端AI芯片——Infe....

      發表于 12-05 09:32 ? 109次 閱讀
      亞馬遜早已計劃進軍AI芯片市場 云端AI芯片成為科技巨頭們的戰場

      在人工智能的市場發展態勢下 芯片行業又將贏來新的洗牌

      AI芯片第一次廣受關注是在引起全世界關注的李世石和柯潔的谷歌Alpha Go圍棋賽上,擊敗李世石的A....

      發表于 12-05 09:26 ? 726次 閱讀
      在人工智能的市場發展態勢下 芯片行業又將贏來新的洗牌
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