摘要：本文设计了一种基于嵌入式操作系统的可燃气体泄漏监控系统，主要介绍该系统的组成和工作原理。该控制器软件综合了嵌入式操作系统、GUI图形界面、USB、文件系统等多种功能。系统具有电源主备电切换、液晶显示、按键操作、指示灯、扬声器、打印、总线检测电路等功能。控制器配备CAN总线与RS232通信接口与外部设备实时进行网络通信。该系统配接可燃气体探测器，实时对燃气使用场所的燃气泄漏情况进行监测。监控系统系统采用了操作系统，实时性好、工作稳定，适用于使用燃气和燃气易于泄漏的场所。
关键词：嵌入式操作系统；GUI；CAN总线
随着工业快速发展，天然气作为一种便携式燃料被广泛使用。在天然气使用的同时既给人们带来了方便，也相应的带来了巨大的安全隐患。一旦天然气发生泄漏，极可能造成导致爆炸进而引发火灾，威胁着国家和人民的生命财产安全。因此可燃气体泄漏提前预警受到了国家消防部门的高度重视。本文主要介绍了可燃气体泄漏监控系统的主要组成和工作原理。
1、嵌入式系统框架设计
本文设计的可燃气体泄漏监控系统系统使用了基于LPC1788主控芯片的FreeRtos嵌入式操作系统，当监控系统总线上挂接的可燃气探测器检测到某个部位发生燃气泄漏时，系统通过总线检测电路获取相应的燃气报警信号，再通过液晶显示具体的燃气泄漏信息，同时启动扬声器发出燃气报警声，启动打印机打印报警信息，点亮指示灯指示燃气报警状态。燃气泄漏信息可以通过RS232串口和CAN总转发至监控主机和远程网络监控系统。
图1系统组成框图
2、系统硬件设计
1、总线电路：
总线检测电路采用了LPC1765芯片控制相应电路对总线的输入信号进行输入捕捉、输出信号进行输出比较进行通信；总线检测电路获取报警信息后，通过串口与LPC1788主控芯片通信进而实现数据交互；
2主控芯片
采用了LPC1788主控芯片，该芯片采用了Cortex-M3内核，系统主频最高可达到120MHz，能够满足7寸液晶的快速刷新的需要；芯片具有串口、4KEEPROM,SPI、I2C、512KFLASH存储空间以及96K内部RAM,支持两路CAN通信、两路USB、支持RTC时钟、具有内部看门狗功能、支持LCD控制器，此外可以外扩NORFLASH和SDRAM，进一步对芯片的FALSH和RAM进行扩容。该系统电路设计冗余-能够满足系统小型化、中型化设计要求。
3.按键扫描电路、打印、液晶显示及报警发声电路
采用了分时复用的方式，使用74LVC4245和74HCT574芯片对按键和灯的扫描电路进行控制，电路可靠性强、按键响应速度较快。系统采用TM070RDH13型号的7寸彩色液晶，针对液晶显示设计了液晶的偏压电路和液晶的背光电路，液晶可以显示燃气泄漏、故障、监管、反馈、启动等信息。打印电路部分主要设计了TTL串口通信电路、通过一片74LVC4245芯片和外部接口进行隔离，使用继电器对打印机的电源进行开关控制、在不需要使用打印机时关断打印机电源进入打印机省电模式，系统配合串口打印机能够实时打印出液晶上显示的报警信息。警报发声电路主要通过LPC1788调制好需要发出的报警信息声，通过达林顿管对音频信号进行输出。
4.ROM、RAM电路
监控系统外扩了一片32地址16字节访问的NORFALSH芯片，利用LPC1788芯片的外部EMC总线电路对芯片执行读写访问，系统此外复用外部总线增加了一片SDRAM对系统的RAM进行扩容从而实现操作系统实现需要的ROM和RAM配置。
6.CAN&RS232网络通信电路
CAN总线电路主要使用了6N137光耦进行了隔离，后端采用CAN收发器，利用主控芯片自带的CAN控制器即可实现CAN网络的通信功能。RS232串口通信电路使用了光耦进行隔离，在外接其他厂家的设备时能够起到很好的防护作用。
3、系统软件设计
1、FreeRtos嵌入式操作系统
FreeRTOS提供的功能包括:任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能等，可基本满足较小系统的需要。监控系统通过操作系统内核的切换能自由实现各子任务之间需要执行的功能切换，对于信息的处理具有很高的实时性。
2、GUI图形系统、FAT32文件系统
嵌入式图形系统uC/GUI图形用户界面，具有源码公开、可移植性强、可裁减、稳定性好、可靠性高。支持本系统界面的多样化。FAT32文件系统主要用于实现监控系统数据的拷贝和备份功能，通过文件系统可以非常方便的对U盘内的文件进行读写操作。
3、软件使用了多任务系统，其主程序流程图如下图所示：
任务1主要承担了报警信息处、网络通信、总线通信的处理
任务2主要处理主备电检测、控制器和按键处理
任务3用于处理液晶实时显示的信息
任务4负责USB通信处理
系统采用1ms的轮询周期对操作系统的各任务1、2、3、4周期性的进行切换。
图2软件流程图
4、结束语
可燃气体泄漏监控系统适用于使用燃气、燃气易于泄漏的场所。本文设计的系统采用了嵌入式操作系统，在事件处理的实时性和用户使用体验方面有很大的提升。本系统原理简单、成本低、系统工作稳定，具有主电源和备用电池，易于维护。
论文作者:王胜
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：电路论文; 系统论文; 燃气论文; 总线论文; 芯片论文; 监控系统论文; 操作系统论文; 《电力设备》2019年第2期论文;