1.前言 礦燈是礦工井下作業(yè)必須攜帶的照明工具，通過(guò)對(duì)礦燈使用維護(hù)的合理有效管理，不但可以減少礦燈的投放量，延長(zhǎng)礦燈使用壽命，從而節(jié)約生產(chǎn)成本；同時(shí)還可以及時(shí)掌握、統(tǒng)計(jì)礦工的下井（出勤）情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦工的績(jī)效考核。因此礦燈管理直接關(guān)系到礦工的安全和煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。 隨著現(xiàn)代社會(huì)的信息化進(jìn)程，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，各行各業(yè)對(duì)辦公自動(dòng)化甚至無(wú)紙化，管理信息化的要求日益普遍，煤礦行業(yè)也同樣加快了信息化管理的步伐，所以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦燈的信息化、智能化管理也就具有十分重要的意義。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，隨著超大規(guī)模集成技術(shù)的進(jìn)步，嵌入式計(jì)算機(jī)、嵌入式控制器以其體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)而得到日益廣泛的應(yīng)用。而且嵌入式計(jì)算機(jī)、嵌入式控制器、嵌入式軟件、嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用也已被列入國(guó)家重點(diǎn)科技發(fā)展計(jì)劃。所以嵌入式應(yīng)用已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的一種趨勢(shì)。 本文介紹了一套基于嵌入式控制器I-7188 的礦燈智能管理系統(tǒng)， 它巧妙利用礦工的工作牌號(hào)和礦燈號(hào)自動(dòng)記錄礦工的下、上井時(shí)間，用嵌入式控制器I-7188 為紐帶，將燈房前臺(tái)操作與后臺(tái)管理服務(wù)器及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)緊密連接在一起，使得通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地查詢當(dāng)前井下作業(yè)人員的人員信息，統(tǒng)計(jì)下井作業(yè)時(shí)間或了解礦燈的維護(hù)維修情況，使用壽命等成為可能。因此它是一套完全實(shí)現(xiàn)了礦燈管理的智能化和信息化的系統(tǒng)。 2.嵌入式控制器I-7188 I-7188 系列控制器是由臺(tái)灣泓格公司生產(chǎn)的嵌入式控制器，一般適用于高可靠性、PC 兼容、緊湊而價(jià)格合理的嵌入式系統(tǒng)中，此控制器可作為核心處理部件整合到OEM 產(chǎn)品中。用I-7188 系列控制器來(lái)構(gòu)建產(chǎn)品，可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少開發(fā)費(fèi)用，降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，便于提供更可靠的產(chǎn)品。 I-7188 是該系列的第一代產(chǎn)品，I-7188XA，I-7188XB 和I-7188XC 是第二代產(chǎn)品，其主要區(qū)別在通訊端口，數(shù)字I/O 端口，用戶可定義I/O 等。除I-7188 以外，所有的I-7188XA/XB/XC都支持I/O 擴(kuò)展總線。該總線可以用來(lái)執(zhí)行不同的I/O 功能，例如：D/I、D/O、A/D、D/A、定時(shí)/計(jì)數(shù)、UART、FLASH 存儲(chǔ)器、帶電池后備的SRAM、Asickey 及其他I/O 功能。該總線幾乎所有的I/O 功能都能執(zhí)行，除了由I-7188XA/XB/XC 嵌入式控制器本身提供的功能外，用擴(kuò)展板還可提供一些額外的功能，例如可增加I/O 通道或是存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。擴(kuò)展板采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，能更快、更方便、更靈活地升級(jí)控制器的I/O 處理能力和存儲(chǔ)能力，每一個(gè)I/O 擴(kuò)展總線支持一個(gè)擴(kuò)展板。 I-7188 系列控制器采用AMD 80188-40 嵌入式CPU，一般內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC），NVRAM（31 bytes），EEPROM（2048 bytes），看門狗定時(shí)器，四個(gè)串口COM1（RS-232 or RS-485），COM2（帶3000V 隔離RS-485），COM3（RS-232），COM4（RS-232，可用于程序下載），電源保護(hù)電路，BIOS 支持RTC 時(shí)間和日期，內(nèi)置泓格自己的嵌入操作系統(tǒng)MiniOS7；一般配置SRAM（256K bytes），F(xiàn)lash Memory（256/512K bytes）；電源10～30VDC,功耗一般2.0W～3.0W,體積123mm x 72mm x 33mm。 I-7188 系列控制器常用于環(huán)保、交通、化工、紡織、航空、電力、礦業(yè)、污水處理、樓宇自動(dòng)化等行業(yè)的數(shù)據(jù)采集與控制領(lǐng)域。 3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)如圖1 所示，每個(gè)窗口均配置一臺(tái)嵌入式控制器I-7188，一套用戶接口，一把條形碼掃描槍，一到兩只模擬燈架。用戶接口負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示錄入的員工信息、領(lǐng)用礦燈的號(hào)碼和時(shí)間等，并提供鍵盤錄入接口。條形碼掃描槍負(fù)責(zé)錄入員工的工作牌號(hào)。模擬燈架用來(lái)插放已領(lǐng)用礦燈的礦工工作牌兼錄入已發(fā)出的礦燈號(hào)。它們以嵌入式控制器I-7188 為紐帶，前端通過(guò)三個(gè)RS-232 串行口分別與用戶接口，條形碼掃描槍，模擬燈架連接，后端通過(guò)RS-485串行總線與后臺(tái)服務(wù)器相連，而后臺(tái)服務(wù)器又通過(guò)以太網(wǎng)與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相連；從而將系統(tǒng)完全融入企業(yè)已有的信息化系統(tǒng)中，真正實(shí)現(xiàn)礦燈管理的智能化和信息化。 3.1 用戶接口 用戶接口由單片機(jī)管理，配備4×8 中文液晶顯示模塊，4×4 壓模鍵盤，其按鍵配置如圖2所示，其中“刷牌”用于當(dāng)?shù)V工工作牌用條形碼掃描槍輸入失敗時(shí)輸入工作牌號(hào)，“錯(cuò)牌”用于當(dāng)?shù)V工不小心插或拔錯(cuò)牌時(shí)通知后臺(tái)服務(wù)器以及時(shí)糾正錯(cuò)誤的計(jì)時(shí)，“查牌”用于查詢某工作牌號(hào)的礦工領(lǐng)用的礦燈號(hào)及其下井時(shí)間，“超時(shí)”用于查詢當(dāng)前該上井而沒(méi)上來(lái)的礦工、礦燈信息。“清除”用于清除錯(cuò)誤的輸入及聲音告警。“確認(rèn)”用于確認(rèn)正確的輸入以便執(zhí)行。 3.2 條形碼掃描槍 系統(tǒng)采用目前最通用的1000 CCD 條形碼掃描槍，它基本具備了迄今為止條形碼閱讀器的所有特性和功能，提供了標(biāo)準(zhǔn)鍵盤式接口、RS-232 或USB 接口，識(shí)別碼形、識(shí)別方式、碼長(zhǎng)、碼前綴、碼后綴、聲音等都可以編程，且提供了編程碼形樣本，幾乎支持現(xiàn)有的所有碼形，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，功耗極低，可靠性高。為了適應(yīng)燈房煤塵多的實(shí)際環(huán)境，系統(tǒng)采用了固定位置的臥式安裝，并將其密封到用戶接口盒中，進(jìn)一步提高其可靠性和使用壽命。 3.3 模擬燈架 模擬燈架用單片機(jī)管理，用光敏管檢測(cè)工作牌的插入和拔出，當(dāng)某一光敏管的光線被工作牌檔住時(shí)則上報(bào)“插牌”，否則報(bào)已“拔牌”。每只燈架可插300 只工作牌，每個(gè)窗口可配一到兩只燈架。 3.4 后臺(tái)服務(wù)器 后臺(tái)服務(wù)器由工控機(jī)擔(dān)任，被配置成數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和www 服務(wù)器，配備的軟件有為前臺(tái)服務(wù)的通信服務(wù)程序和一個(gè)為局域網(wǎng)提供信息查詢的小型網(wǎng)站。通信服務(wù)程序主要實(shí)現(xiàn)與前臺(tái)各個(gè)窗口終端的通信，輪詢各個(gè)窗口終端有無(wú)請(qǐng)求，如果有請(qǐng)求則處理請(qǐng)求（操作數(shù)據(jù)庫(kù)），否則繼續(xù)詢問(wèn)下一窗口。網(wǎng)站是基于B-S 模式的礦燈管理系統(tǒng)。服務(wù)器端對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理,客戶端通過(guò)瀏覽器登錄礦燈管理系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的基于C-S 模式相比，它更加穩(wěn)定,更方便。用戶通過(guò)普通網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦燈的遠(yuǎn)程管理，可以對(duì)礦工的工作牌信息、礦燈信息、礦燈維護(hù)信息、礦燈使用信息、礦工出勤信息等進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和查詢。另外，為了保障數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)對(duì)用戶進(jìn)行了分級(jí)管理。 3.5 工作流程 礦工憑其工作牌到燈房領(lǐng)礦燈下井，發(fā)燈員發(fā)出礦燈后，將收到的礦工工作牌及時(shí)插入模擬燈架的對(duì)應(yīng)燈號(hào)孔中，系統(tǒng)自動(dòng)開始紀(jì)錄礦工的下井時(shí)間；還燈時(shí)，礦工用礦燈換回自己的工作牌，系統(tǒng)自動(dòng)停止記錄礦工的下井時(shí)間。 用條形碼掃描槍錄入的工作牌號(hào)通過(guò)I-7188 傳至后臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器收到牌號(hào)后檢查牌號(hào)是否合法，如果合法則下傳此牌號(hào)的基本信息給前臺(tái)用戶接口供顯示，否則通知前臺(tái)告警此牌非法，以防礦燈被冒領(lǐng)。此過(guò)程稱為“刷牌”。 當(dāng)發(fā)燈員將已領(lǐng)礦燈的礦工工作牌插入模擬燈架時(shí)，模擬燈架負(fù)責(zé)將此燈號(hào)通過(guò)I-7188 通知服務(wù)器，剛刷牌的礦工已領(lǐng)用此礦燈下井了，服務(wù)器開始給此礦工記錄下井時(shí)間。此過(guò)程稱為“插牌”。 當(dāng)發(fā)燈員將已還礦燈的礦工工作牌從模擬燈架上拔出時(shí)，模擬燈架負(fù)責(zé)將此燈號(hào)通過(guò)I-7188通知服務(wù)器，領(lǐng)用此礦燈的礦工已上井了，服務(wù)器停止給此礦工記錄下井時(shí)間。此過(guò)程稱為“拔牌”。 另外，可以記錄礦燈的啟用時(shí)間、預(yù)計(jì)壽命、補(bǔ)水間隔、維修次數(shù)等數(shù)據(jù)，以便監(jiān)控礦燈的維護(hù)維修情況。 這樣，通過(guò)網(wǎng)站隨時(shí)隨地都可以查詢當(dāng)前井下作業(yè)人員的人員信息，統(tǒng)計(jì)下井作業(yè)時(shí)間或了解礦燈的維護(hù)維修情況，使用壽命等。 4.系統(tǒng)應(yīng)用 系統(tǒng)已成功應(yīng)用于淮北礦務(wù)局桃園煤礦，取得了良好的運(yùn)行效果和很高的經(jīng)濟(jì)效益。礦務(wù)局正準(zhǔn)備推廣應(yīng)用。桃園煤礦的礦燈管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了如下功能： Ø 按單位統(tǒng)計(jì)顯示當(dāng)前下井人員信息，包括超時(shí)下井人員信息，便于調(diào)度室掌握井下人員動(dòng)態(tài)情況，便于安全故障的應(yīng)急處理； Ø 統(tǒng)計(jì)礦燈離架時(shí)間及次數(shù)，統(tǒng)計(jì)礦燈補(bǔ)水、維修情況，提供礦燈壽命、礦燈補(bǔ)水及維修預(yù)警提示； Ø 礦工工作牌在后臺(tái)服務(wù)器掛失后，即可防止他人冒領(lǐng)礦燈； Ø 在發(fā)燈窗口可按工作牌號(hào)查詢礦工是否井下，及其下井時(shí)間； Ø 可按周、月、季、年等提供礦工出勤、礦燈使用維護(hù)情況的統(tǒng)計(jì)報(bào)表； Ø 下井礦工姓名、單位、礦燈使用等信息通過(guò)網(wǎng)站可經(jīng)授權(quán)隨時(shí)查詢、下載。 5.結(jié)束語(yǔ) 系統(tǒng)以嵌入式控制器I-7188 為紐帶，將燈房前臺(tái)操作與后臺(tái)管理服務(wù)器及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)緊密連接在一起，實(shí)現(xiàn)了礦燈管理的智能化和信息化。通過(guò)系統(tǒng)的高效管理可以杜絕長(zhǎng)期占用礦燈，減少礦燈投入總量，減少礦燈的不正常充放電數(shù)量，及由此造成的礦燈損壞量、維修量，減少充電架個(gè)數(shù)，以減少材料、電能的消耗，從而節(jié)約生產(chǎn)成本，提供生產(chǎn)效率。系統(tǒng)具有可靠性高，響應(yīng)速度快，采用模塊化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單，功能完善等特點(diǎn)。因此系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和很高的推廣價(jià)值。