嵌入式系統在閘門控制中的應用

系統的核心硬件平臺選用基于PⅢ處理器以上的高性能嵌入式5.25英寸微型系統板,其自帶2個外設部件互連（PCI） 插槽 ,可外接一個32通道的DI/DO卡用做閘門啟閉機的控制,一個4通道的視頻捕捉卡用做閘門現場狀態的監控;2個 RS2232的串行通信口,外接 RS2485 的轉換器后可分別連接閘位和水位傳感器,采集實時數據;一個集成開發環境（IDE）接口,可接一個64MB的文檔對象模型（DOM）存儲卡,作為嵌入式操作系統、控制程序和采集數據的存儲介質;以及板載加速圖形端口（AGP）顯卡,可外接液晶顯示器（LCD）,用做閘門控制系統的顯示輸出和操作界面。
3 　閘門控制系統的開發
在對嵌入式Linux操作系統定制完成以后 ,就可基于定制平臺完成一個具有完備閘門控制功能的用戶軟件。完整的閘門信息管理系統由視頻采集壓縮模塊、水情測控模塊和閘門控制算法模塊組成。
3.1 　視頻采集壓縮模塊
視頻采集壓縮模塊的核心是由采集芯片BT878組成的PCI總線硬件卡,有1路/卡、4路/卡2種,通過組合可以實現多路視頻輸入和實時壓縮。系統選擇4路視頻捕捉卡并加裝云臺,對采集到的視頻信號采用畫面平均分割的方式同時顯示 ,也可選擇只顯示指定的視頻通道,并提供基本的顯示調節和云臺遠程操作功能,以此提供對閘門及河道的本地和遠程視頻監視功能。
3.2 　水情測控模塊
水情測控模塊的主要任務是完成水位監測、閘門升高及運行情況監測、閘門運行開環/閉環控制、流量和過流水量的計算以及圖表的生成。閘門的控制除了計算機智能控制以外 ,同時還采用雙重手（本地和集中）控制 ,確保閘門控制萬無一失。在此模塊中,既要提供良好的人機交互界面,又要提供實時的流量與水量關系圖表。
在設計中,水情測控子系統主要由數據采集卡、水位傳感器、閘位傳感器、閘門控制單元、閘門本地集中控制柜和嵌入式主機構成。
1）數據采集卡通過 PCI總線與主機連接 ,傳感器通過控制線直接與數據采集卡連接。主機定時采集水情數據,并交給應用程序后臺進行計算、存儲 ,以便在需要顯示時立即生成相應的關系曲線。
2）各閘門控制單元通過控制線與DI/DO卡相連接。主機通過向DI/DO卡發出脈沖信號實現對閘門的控制。手動應急控制采用2種方式:一是通過外置控制器集中對各閘門進行升、降、停的控制;二是通過閘門控制單元上的控制按鈕完成閘門的升、降、停的控制。
3.3 　閘門控制算法模塊[4]
閘門控制系統屬于典型的大滯后、多相關因素的非線性系統,本設計采用模糊專家系統的算法方案對其進行智能控制。基本的控制流程[5]如圖2所示。

4 　結語
基于嵌入式Linux 操作系統開發的閘門控制系統,比傳統的控制方式降低了功耗、提高了可靠性,減小了整個系統的體積,便于安裝調試,同時,使水資源利用率達到最優。更重要的是,在整個軟件平臺上擁有自主知識產權。