基于PXA270平臺(tái)的實(shí)名管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 引言
    我國(guó)擁有豐富的煤炭資源,資源的全面開發(fā),隨之產(chǎn)生礦區(qū)綜合管理和安全監(jiān)控一系列問題。這里提出一種基于PXA270平臺(tái)的實(shí)名管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。能夠完成礦工信息的綜合管理以及礦區(qū)安全的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)信息管理一體化和安全監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)化。

2 YL_PXA270P開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介
    YL_PXA270P開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是采用Intel新一代XScale處理器PXA270IlI。該款器件引入X86架構(gòu)奔騰4系列多媒體擴(kuò)展功能，同時(shí)加入Intel Speed Step動(dòng)態(tài)電源管理技術(shù)，在保證CPU性能情況下，極大降低移動(dòng)設(shè)備功耗。YL-PxA270提供完善的底層操作系統(tǒng)支持和豐富的應(yīng)用接口．適用于嵌入式工業(yè)控制、數(shù)碼媒體播放、交互機(jī)頂盒、車載GPS等應(yīng)用。同時(shí)，YL_PXA270P包括：2路9線全雙工異步串行口，波特率高達(dá)921 600 b／s；l路5線硬件流控制異步串行口，波特率高達(dá)115 200 b／s；1個(gè)10 M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，帶有連接和傳輸指示燈：1個(gè)10 M，100 M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，帶有連接和傳輸指示燈。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)標(biāo)配256 K色640×480／6．4英寸TFT液晶屏，帶觸摸屏，屏幕分辨率可達(dá)800×600像素；1個(gè)50針LCD接口引出LCD控制器和觸摸屏的全部信號(hào)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成
    整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由綜合信息管理，區(qū)域信息管理以及監(jiān)測(cè)終端等3部分。圖l為系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成框圖。其中，綜合信息管理作為遠(yuǎn)程服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)操作，Socket通信以及實(shí)時(shí)日志記錄。而分區(qū)信息管理是在PXA270平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，兩者通過RJ45接口連接。分區(qū)信息管理作為客戶端，通過TCP仃P(guān)協(xié)議與綜合信息管理(服務(wù)器)交換數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過RS422接口與監(jiān)測(cè)終端連接。監(jiān)測(cè)終端實(shí)現(xiàn)卡信息讀取以及傳感器信號(hào)處理。

4 綜合信息管理
    綜合信息管理是由數(shù)據(jù)庫(kù)，Socket通信以及區(qū)域信息顯示等部分組成，使用VC++6．0開發(fā)。數(shù)據(jù)庫(kù)使用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，通過0DBC驅(qū)動(dòng)完成底層訪問。在登陸模塊中驗(yàn)證用戶身份，普通用戶只能進(jìn)行查詢操作；管理員用戶能夠增加，刪除以及修改數(shù)據(jù)庫(kù)記錄。同時(shí)，系統(tǒng)定時(shí)備份數(shù)據(jù)庫(kù)，防止數(shù)據(jù)丟失和損壞。當(dāng)監(jiān)測(cè)終端監(jiān)測(cè)到異常時(shí)，上報(bào)分區(qū)管理系統(tǒng)．分區(qū)信息管理進(jìn)行日志記錄，并將記錄數(shù)據(jù)上傳給服務(wù)器。通過樹狀控件的各項(xiàng)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)分區(qū)，并顯示各分區(qū)當(dāng)前的連接狀態(tài)，分區(qū)員工信息瀏覽，分區(qū)監(jiān)測(cè)狀態(tài)以及信息。數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)分區(qū)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)表(Recordset)，表項(xiàng)內(nèi)容以及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

5 分區(qū)信息管理
    分區(qū)信息管理是基于YL_PXA270P實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，串口通信，Nand-Flash文件系統(tǒng)，LCD／觸摸屏驅(qū)動(dòng)。鍵盤控制等功能。利用GUI實(shí)現(xiàn)功能菜單選項(xiàng)，通過觸摸屏和一個(gè)3×4的矩陣式鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能選擇。圖3為分區(qū)信息管理框圖。[!--empirenews.page--]

5．1 文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
    PXA270平臺(tái)使用K9F1208型Nand Flash，容量為512M字節(jié)，共4 096塊(]Block)，每塊16 K字節(jié)，包含32頁(yè)，每頁(yè)528(512+16)字節(jié)。擦除以塊為單位，讀寫以頁(yè)為單位。對(duì)于傳統(tǒng)的FAT文件系統(tǒng)，由于文件的操作需要反復(fù)操作文件分配表區(qū)域，而Flash的擦寫次數(shù)有限，所以需要對(duì)FAT文件系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。此外，由于分區(qū)信息管理數(shù)據(jù)文件的格式比較固定。即員工信息記錄文件(每條員工信息記錄是固定字節(jié)數(shù))，日志文件，以及命令字文件。對(duì)于員工信息記錄文件，操作并不頻繁，而日志和命令字文件則頻繁操作。因此，在設(shè)計(jì)文件系統(tǒng)時(shí)，將Flash的第一塊(16 K+512)作為文件系統(tǒng)的系統(tǒng)記錄區(qū)，同時(shí)建立一個(gè)空白區(qū)域，記錄FAT表在Flash中的起始地址，F(xiàn)RT表在FAT之后。寫操作以頁(yè)為單位，故8 K的空間可記錄16個(gè)地址，這樣就可避免對(duì)：FAT表在同一區(qū)塊反復(fù)擦寫，導(dǎo)致存儲(chǔ)器壽命縮短。設(shè)置一個(gè)擦寫閾值f如50 000次)，超過后，就將FAT表移到新的區(qū)塊，同時(shí)指針變化，添加新的地址記錄。圖4給出文件系統(tǒng)操作原理框圖。

5．2 觸摸屏控制
    PXA270開發(fā)平臺(tái)帶有4線電阻式觸摸屏．控制器采用UCBl400BE。電阻式觸摸屏有兩個(gè)電阻層，一個(gè)為橫向驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)為縱向驅(qū)動(dòng)。UCBl400在某個(gè)方向施加電壓，當(dāng)有筆接觸觸摸屏?xí)r，觸點(diǎn)接通，則另一個(gè)方向電壓發(fā)生變化。通過A／D轉(zhuǎn)換，控制器就可計(jì)算出觸點(diǎn)的坐標(biāo)值。接觸時(shí)，UCBl400發(fā)出中斷請(qǐng)求．PXA270響應(yīng)中斷，啟動(dòng)通信，讀取UCBl400轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而得到觸點(diǎn)坐標(biāo)。

6 監(jiān)測(cè)終端
    監(jiān)測(cè)終端以STC89C52單片機(jī)為控制核心，內(nèi)部集成有語音錄放控制、紅外熱釋儀、瓦斯傳感器、串口通信模塊、鍵盤及LED指示模塊等。其組成框圖如圖5所示。

    語音錄放部分采用ISD2560，該語音器件采用美國(guó)ISDN公司獨(dú)有的直接模擬存儲(chǔ)技術(shù)DAST(Direct Analog StoreTechnology)，該技術(shù)可使音頻信息無需經(jīng)傳統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換和D／A轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)存取，并具有比同等數(shù)字存取更高的集成度和音質(zhì)，同時(shí)該器件還具有抗斷電功能，支持多次錄放操作，可單片使用或級(jí)聯(lián)。其片內(nèi)E2PROM容量為480 K，有10個(gè)地址輸入端，尋址能力達(dá)1 024位，最多可分600段。ISD2560工作原理：錄音時(shí)．麥克風(fēng)采集小信號(hào)從MIC進(jìn)入，經(jīng)前置放大后從ANA OUT(模擬量輸出)輸出，經(jīng)過隔直電容后送入ANAIN(模擬量輸入)。進(jìn)入ANA IN的信號(hào)經(jīng)放大器、自動(dòng)增益控制(AGC)以及低通濾波器，最后通過模擬收發(fā)器寫入E2PROM中。在放音模式下，錄入的模擬電壓在采樣時(shí)鐘的控制下。從模擬存儲(chǔ)陣列順序讀出，然后送至功率放大器，由SP+，SP－端輸出，直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。10根地址線，其中A0～A7接到單片機(jī)PO口，A8～A9接P2．0~P2．1。而EOM，PD.CE.P／R接到P1口。SP+，SP-直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，但音量較??；實(shí)際設(shè)計(jì)中使用音頻放大器LM386，通過調(diào)節(jié)電位計(jì)R30調(diào)整音量。其電路如圖6所示。[!--empirenews.page--]

    傳感器電路瓦斯檢測(cè)采用KGS-20型可燃?xì)鈧鞲衅?，是一種以二氧化錫為基本敏感材料。專門用于可燃?xì)鉂舛葯z測(cè)的半導(dǎo)體型氣體傳感器。具有極高靈敏度和極快響應(yīng)速度且功耗低。紅外傳感器采用LHl958，使用BISS0001紅外傳感信號(hào)處理器。該信號(hào)處理器具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配；擁有雙向鑒幅器，可有效抑制干擾；內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和鎖存時(shí)間定時(shí)器。使用時(shí)，運(yùn)算放大器OPl將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C30耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)放大．再經(jīng)由電壓比較器COPl和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后。檢測(cè)有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管VT1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。監(jiān)測(cè)部分電路如圖7所示。圖8為監(jiān)控終端主程序流程圖。

7 結(jié)語
    系統(tǒng)以YL-PXA270P實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)為核心，通過綜合信息管理，分區(qū)信息管理，終端監(jiān)測(cè)3個(gè)子系統(tǒng)模塊相互連接以及信息交互,實(shí)現(xiàn)實(shí)名管理，完成信息集中管理，安全監(jiān)測(cè)以及實(shí)時(shí)記錄等功能。實(shí)際應(yīng)用中。綜合信息管理作為遠(yuǎn)程服務(wù)器，提供對(duì)員工信息的瀏覽、增加、修改、刪除等操作，通過網(wǎng)絡(luò)與分區(qū)信息管理系統(tǒng)交互信息，依靠互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接。分區(qū)系統(tǒng)記錄本分區(qū)內(nèi)的員工信息以及安全監(jiān)測(cè)日志,并將更新日志實(shí)時(shí)發(fā)送給服務(wù)器端。監(jiān)控終端放置在礦井內(nèi)，記錄讀取射頻卡信息識(shí)別并記錄員工的出勤,同時(shí)利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境。經(jīng)過測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有很好的實(shí)用性。