1.前言
矿灯是矿工在井下作业时必须携带的照明工具。对矿灯维护进行合理有效的管理，不仅可以减少矿灯的用量，还可以延长矿灯的使用寿命，从而节约生产成本。同时可以及时掌握和统计矿工下井(出勤)情况，实现对矿工的绩效考核。因此，矿灯管理直接关系到矿工的安全和煤矿的经济效益。
随着现代社会的信息化进程和计算机网络的广泛应用，各行各业对办公自动化甚至无纸化管理的要求越来越普遍，煤矿行业也加快了信息化管理的步伐，因此实现矿灯的信息化和智能化管理意义重大。
随着计算机技术的飞速发展和超大规模集成电路技术的进步，嵌入式计算机和嵌入式控制器以其体积小、功能强、价格低等优点得到了越来越广泛的应用。此外，嵌入式计算机、嵌入式控制器、嵌入式软件和嵌入式系统的开发和应用也被列入国家重点科技发展计划。因此，嵌入式应用已经成为工业自动化应用的一个趋势。
介绍了一套基于嵌入式控制器I-7188的矿灯智能管理系统。它巧妙地利用矿工的工作牌子和矿灯编号，自动记录矿工的出入时间。以嵌入式控制器I-7188为纽带，灯箱的前台操作与后台管理服务器和企业内部网络紧密相连。使通过网络随时随地查询当前井下工人的信息，统计下井作业时间或了解矿灯的维护和使用寿命成为可能。
因此，它是一套智能化、信息化的矿灯管理系统。
2.嵌入式控制器I-7188
I-7188系列控制器是台湾省宏格公司生产的嵌入式控制器，一般适用于可靠性高、PC兼容性好、体积小、价格合理的嵌入式系统。该控制器可以作为核心处理组件集成到OEM产品中。使用I-7188系列控制器构建产品可以缩短设计时间，降低开发成本，降低技术风险，提供更可靠的产品。
I-7188是该系列的第一代产品，I-7188XA、I-7188XB、I-7188XC是第二代产品。它们的主要区别是通信端口、数字I/O端口、用户自定义I/O等。除了I-7188，所有I-7188XA/XB/XC都支持I/O扩展总线。该总线可用于执行不同的I/O功能，如D/I、D/O、A/D、D/A、定时/计数、UART、FLASH存储器、带备用电池的SRAM、Asickey和其它I/O功能。几乎可以执行总线的所有I/O功能。除了I-7188XA/XB/XC嵌入式控制器本身提供的功能外，扩展板还可以提供一些附加功能，如增加I/O通道或存储器的存储容量。扩展板采用模块化设计，可以更加快速、方便、灵活地升级控制器的I/O处理能力和存储能力。每个I/O扩展总线支持一个扩展板。
I-7188系列控制器采用AMD 80188-40嵌入式CPU，一般内置实时时钟(RTC)、NVRAM(31字节)、EEPROM(2048字节)、看门狗定时器、四个串口COM1(RS-232或RS-485)和COM2(带3000V隔离RS-485)。COM3(RS-232)，COM4(RS-232，可用于程序下载)，电源保护电路，支持RTC时间和日期的BIOS，内置红歌自带的嵌入式操作系统Mini OS 7；通用配置SRAM(256千字节)，闪存(256/512千字节)；电源为10~30VDC，功耗一般为2.0 ~ 3.0 W，体积为123mmx 72mm x 33mm。
I-7188系列控制器常用于环保、交通、化工、纺织、航空空、电力、矿山、污水处理、楼宇自动化等行业的数据采集和控制领域。
3.系统实现
如图1所示，每个窗口都配有一个嵌入式控制器I-7188、一组用户界面、一个条形码扫描仪和一个或两个模拟灯座。用户界面负责显示输入的员工信息、领取矿灯的次数和时间等。并提供键盘输入界面。条形码扫描仪负责输入员工的工号。模拟灯头用于插入已领取矿灯的矿工工卡，输入发放的矿灯号。他们以嵌入式控制器I-7188为纽带，前端通过三个RS-232串口与用户界面、条码扫描器、模拟灯架连接，后端通过RS-485串行总线与后台服务器连接，后台服务器通过以太网与企业内部网络连接。从而将系统完全融入到企业现有的信息系统中，真正实现了矿灯管理的智能化和信息化。
3.1用户界面
用户界面由单片机管理，配备4 & times8中文液晶模块，4 & times4 stamper键盘，其按键配置如图2所示，其中& ldquo刷卡& rdquo当使用条形码扫描仪输入矿工工号失败时，输入工号。& ldquo卡错了& rdquo用于在矿工误插或拔错卡时通知后台服务器，及时纠正错误。& ldquo检查卡片。用于查询某工作品牌的矿灯号及其停机时间。& ldquo超时& rdquo用于查询当前在井上而不在井上的矿工和矿灯的信息。& ldquo清除& rdquo用于清除错误输入和声音报警。& ldquo确认& rdquo用于确认执行的正确输入。
3.2条形码扫描仪
该系统采用了目前最常见的1000 CCD条码扫描器，基本具备了迄今为止条码阅读器的所有特性和功能，并提供了标准的键盘接口，RS-232或USB接口。识别码的形状、识别方式、码长、码前缀、码后缀、声音等。可以编程，并提供了编程的代码形状样本，几乎支持现有的所有代码形状。其结构设计紧凑，功耗极低，可靠性高。为了适应光照室内煤尘多的实际环境，系统水平安装在固定位置，密封在用户接口盒内，进一步提高其可靠性和使用寿命。
3.3模拟灯架
模拟灯架由单片机管理，工卡的插拔由光敏管检测。当一个光敏管的光被工作卡挡住时，就会报错& ldquo插卡& rdquo否则会被举报& ldquo抽牌& rdquo。每个灯座可以插300张工卡，每个窗口可以装一两个灯座。
3.4后台服务器
后台服务器由工控机提供服务，工控机配置为数据库服务器和www服务器。提供的软件包括一个前台的通信服务程序和一个为局域网提供信息查询的小网站。通信程序主要实现与前台各个窗口终端的通信，轮询各个窗口终端的请求，如果有请求就进行处理(操作数据库)，否则继续询问下一个窗口。该网站是基于B-S模式的矿灯管理系统。服务器管理数据库，客户端通过浏览器登录矿灯管理系统。与基于C-S的传统模式相比，它更加稳定和方便。用户可以通过普通的web浏览器实现对矿灯的远程管理，可以远程管理和查询矿工工卡信息、矿灯信息、矿灯维护信息、矿灯使用信息和矿工考勤信息。此外，为了保证数据的安全性，系统对用户进行了分级管理。
3.5工作流程
矿工们拿着工卡去灯房把矿灯取下来。矿工发出矿灯后，收到的矿工工卡会及时插入模拟灯头对应的灯孔中，系统会自动开始记录矿工下井时间。矿灯归还时，矿工将工作证与矿灯交换，系统自动停止记录矿工的下井时间。用条形码扫描仪输入的工作品牌通过I-7188传输到后台服务器。服务器收到品牌后，会检查品牌是否合法。如果合法，它会把这个牌子的基本信息下载到前台用户界面显示，否则通知前台警告这个牌子是非法的，防止矿灯被冒名顶替。这个过程叫做& ldquo刷卡& rdquo。
当照明操作人员将领取过矿灯的矿工工卡插入模拟灯头时，模拟灯头负责通过I-7188通知服务器这个灯号。刚刚刷过卡的矿工收到了这个矿灯，服务器开始记录矿工下井的时间。这个过程叫做& ldquo插卡& rdquo。
当照明操作人员从模拟灯头中拔出已经归还矿灯的矿工工作证时，模拟灯头负责通过I-7188通知服务器这个灯号。收到这个矿灯的矿工下井了，服务器停止记录这个矿工的下井时间。这个过程叫做& ldquo抽牌& rdquo。
此外，还可以记录矿灯的启动时间、预期寿命、补水间隔、维护次数等数据，以便监控矿灯的维护。
这样，通过网站就可以随时随地查询当前井下作业人员的人事信息，统计作业时间或了解矿灯的维护和使用寿命。
4.系统应用
该系统已成功应用于淮北矿务局桃园煤矿，取得了良好的运行效果和较高的经济效益。矿务局准备推广应用。桃园煤矿矿灯管理系统主要实现以下功能:
根据单位统计，显示当前井下人员信息，包括加班井下人员信息，便于调度室掌握井下人员动态情况，便于安全故障的应急处理；
矿灯下架时间和次数统计，矿灯补水和维护统计，矿灯寿命预警提示，矿灯补水和维护；
矿工卡在后台服务器挂失后，可以防止他人拿走矿灯。
在发光窗口中，可以根据工作牌查询矿工是否下井及其下井时间；
可按周、月、季、年统计矿工出勤和矿灯使用维护情况；
矿工姓名、单位、矿灯使用情况等信息可通过网站授权随时查询下载。
5.结束语
以嵌入式控制器I-7188为纽带，将灯房的前端操作与后端管理服务器和企业内部网络紧密相连，实现了矿灯管理的智能化和信息化。通过系统的高效管理，可以消除矿灯的长期占用，减少矿灯的总投入，减少矿灯的非正常充放电量，由此造成的矿灯损坏和维修量，减少充电架的数量，从而减少材料和电能的消耗，从而节约生产成本，提高生产效率。该系统具有可靠性高、响应速度快、模块化设计、扩展性强、维护方便、操作简单、功能完善等特点。因此，该系统具有良好的经济价值和推广价值。
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