摘 要：主要介紹了一套煉膠機高壓油監控系統" title="監控系統">監控系統。該系統基于嵌入式操作系統?滋C/OS-II、串口服務器" title="串口服務器">串口服務器、RS485總線和MC9S12DG256進行設計，可以設定參數，實現了實時顯示、自動監控、聲光報警、遠程管理等功能。
關鍵詞：串口服務器? 監控系統? MC9S12DG256? uC/OS-II
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??? 橡膠工業的快速發展對煉膠機械性能的要求越來越高。煉膠機高壓油包含高壓潤滑油和高壓軟化劑，其中,高壓潤滑油注入密封圈動靜圈之間，起潤滑作用；高壓軟化劑注入密封圈與耐磨板之間，軟化密封圈外的橡膠顆粒，保證密封。高壓潤滑油和高壓軟化劑分別具有各自的油路，協同工作。高壓油系統的好壞直接影響著煉膠機的工作性能。因此，有必要對煉膠機的高壓油系統進行準確、高效的監測控制。在發達國家，已經實現了煉膠機高壓油系統監控的自動化；在國內，對煉膠機高壓油系統的控制管理水平還比較落后，尚未實現智能監控。
傳統煉膠機高壓油監控系統存在以下缺陷：采用分散獨立的機械儀表測量壓力并進行壓力報警點檢測, 通過多個PLC控制油壓報警，溫度檢測、液位檢測和油泵的運行采用專門PLC控制，監測儀表數量多、成本高、精度低、控制過程繁瑣、不便于統一管理；系統顯示部分遠離操作者，界面不友好，數據采集分析不方便；現場布線復雜，穩定性差，造價高；不具有遠程監控功能，不便于企業統一監控管理。總之，傳統的煉膠機高壓油系統監控管理水平比較落后，影響著煉膠機的工作性能。
??? ?因此，研究開發了新的煉膠機高壓油監控系統。該系統基于以太網串口服務器和RS485總線構建整體結構，基于高性能MC9S12DG256微控制器" title="微控制器">微控制器進行硬件設計，基于?滋C/OS-II嵌入式實時操作系統進行軟件設計。
1 煉膠機高壓油監控系統硬件結構
1.1 系統整體結構
以太網是當今最流行、應用最廣泛的通信技術，具有價格低、多種傳輸介質可選、高速度、易于組網等諸多優點，而且其運行經驗最為豐富，擁有大量安裝維護人員，是一種理想的工業通信網絡[1]。該系統采用了臺灣MOXA公司的以太網串口服務器，構建了智能化煉膠機高壓油監控管理系統。其整體結構如圖1所示。
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底層是現場控制層。采用RS485總線實現現場智能監控設備的通信。串口服務器自動實現以太網協議與RS485總線協議的轉換，實現串口設備與以太網絡的互聯。
??? 中間層為車間監控層，對車間進行整體監控。這一層從現場控制設備中獲取數據,實現對現場控制設備運行狀況的監測，以便及時發現生產中的問題。
頂層是遠程監視管理層，遠程用戶能隨時查詢現場控制設備的運行狀況,對生產過程進行實時的遠程監控[2]。
1.2 MC9S12DG256微控制器簡介
??? 該系統中，主控單元和數據采集模塊" title="數據采集模塊">數據采集模塊都以MC9S12DG256微控制器為基礎。MC9S12DG256微控制器是Freescale公司主推的16位微控制器產品之一，內部總線頻率可達25MHz；采用優化的指令集,指令的運算速度得到了很大提高。片上集成了許多標準模塊，包括一個16位中央處理器(HCS12 CPU)、３個同步串行通信口SPI、２個異步串行通信口SCI、2個CAN總線接口（兼容CAN2.0A/B協議）、1個I2C總線接口、２個10位８通道A/D轉換模塊、8路輸入捕捉/輸出比較通道、1個８通道PWM輸出模塊、眾多獨立數字I/O口。它具有較大的存儲空間，在片內擁有256K字節的Flash、4K字節的EEPROM、12K字節的RAM，可以存儲大量的數據并可移植一些嵌入式操作系統。其內部具有1個PLL模塊，應用鎖相環技術提高了系統的電磁兼容性，降低了對外的輻射干擾，提高了系統的穩定性。它可以在-40～+125℃的溫度范圍下工作，惡劣環境對其應用的限制很小[3]。
MC9S12DG256微控制器擁有這些豐富的內部資源和外部接口資源，功能強大、運行速度較快、抗干擾能力強，并且具有較高的性價比，在汽車電子、測量儀表、自動控制等領域都得到廣泛應用。
1.3 數據采集模塊
??? 在該監控系統中，數據采集模塊功能如圖2所示。數據采集模塊采集高壓油的壓力、溫度、液位等數據，將數據通過RS485總線傳送給主控單元；接收主控單元發送來的數據，控制潤滑油和軟化劑加熱、加油和油泵的運轉。
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1.4 主控單元
????在該監控系統中，主控單元整體功能如圖3所示。主控單元接收來自數據采集模塊和PLC的數據，進行系統控制。將控制命令發送給數據采集模塊；顯示壓力數據、工作狀態；通過以太網串口服務器與上位機通信。
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1.5 壓力顯示單元
????在主控單元處進行油壓顯示。按照要求，有20個油壓檢測點，每個檢測點用3位8段數碼管進行壓力顯示，對于壓力過高或者過低的測試點要給予閃爍指示。這里采用了ALTERA公司的高性能CPLD芯片EPM570T144C5，自定義了數碼管顯示管理方案。將顯示數碼管分為4組，對每一組15個數碼管采用了動態驅動方法。數碼管顯示管理電路的內部結構如圖4所示。
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2 基于uC/OS-II" title="uC/OS-II">uC/OS-II的系統軟件設計
2.1 uC/OS-II在MC9S12DG256控制器上的移植
uC/OS-II是一個源代碼公開的嵌入式實時操作系統, 是一個完全搶占式多任務的實時內核。uC/OS-II的使用使得應用程序的設計過程大為減化，系統資源得到更好的利用，系統軟件的可擴展性和實時性得到保障。
將uC/OS-II移植到MC9S12DG256微控制器上，需要做兩方面的工作：一是為內核編寫與硬件相關的代碼；二是重新定義內核的大小和功能[4]。
2.1.1 為內核編寫與硬件相關的代碼
為內核編寫與硬件相關的代碼需要修改3個與微控制器體系相關的文件OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C。下文將分別介紹這3個文件的移植工作。
?? ?（1）在OS_CPU.H文件中定義相關的宏，聲明能夠識別的數據類型、堆棧寬度和增長方向，定義開中斷函數、關中斷函數、保存堆棧指針函數、任務切換函數。其中堆棧由高地址向低地址遞減，任務切換函數通過指令陷阱來實現。
??? （2）在OS_CPU_A.ASM文件中修改與硬件相關的幾個匯編函數。
??? （3）在OS_CPU_C.C文件中，惟一必要的函數是OSTaskStkInit( )，它是任務堆棧初始化函數。在MC9S12DG256微控制器上,任務堆棧空間由高至低依次保存著16位程序計數器PC、16位變址寄存器Y、16位變址寄存器X、8位累加器A、8位累加器B、條件碼寄存器CCR、參數指針PPAGE，如圖5所示。當任務堆棧初始化完成后, OSTaskStkInit()返回新的堆棧指針。
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2.1.2 重新定義內核的大小和功能
????重新定義內核的大小和功能，需要修改配置文件OS_CFG.H。在該文件中重新定義任務最低優先級、最多事件控制數目、最多任務數、是否允許事件標志使能、是否允許郵箱使能、時鐘節拍數以及其他的一些配置。通過修改這些設置，可對uC/OS-II進行裁剪，使之適應本系統的具體需要。
2.2? 軟件系統任務劃分及管理
uC/OS-II是基于優先級調度的實時多任務操作系統，因此，基于?滋C/OS-Ⅱ的嵌入式實時系統設計，要根據設計目標將系統的功能合理地分解成單獨的任務，合理安排任務的優先級，并且需要解決任務之間的通信問題。數據采集模塊任務劃分及管理如圖6所示。主控單元任務劃分及管理如圖7所示。
該煉膠機高壓油監控系統針對煉膠機車間的實際情況，基于串口服務器和MC9S12DG256控制器進行硬件設計，基于uC/OS-II嵌入式實時操作系統進行軟件設計。經實驗運行驗證，該監控系統成本低廉，控制靈活，操作方便，穩定性高，可滿足現實生產需要。
參考文獻
[1]?陳俊，余兵．工業以太網絡技術的應用與發展． PLC &?FA，2006，(3).
[2]?程曉琳，徐用懋．現場總線控制網絡模型與網絡集成．測控技術，2000,(10).
[3]?MC9S12DT256 device user Guide V0307． Freescale semiconductor，Inc，2006.
[4]?JEAN J． L著，邵貝貝等譯．嵌入式實時操作系統uC/OS-II（第2版）．北京：北京航空航天大學出版社，?2003.