CN102817727A - 一种柴油发电机组嵌入式实时控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油发电机组嵌入式实时控制方法及其装置。在该实时控制方法中，如果在所述任务运行步骤中运行的任务正常地运行结束，则流程执行等待步骤，并返回到所述就绪登记步骤；如果在所述任务运行步骤中运行的任务被中断，则该任务转向中断服务状态，此时，所述任务调度模块比较所述任务的优先级与所述就绪登记模块中的任务的最高优先级，如果所述任务的优先级高，则执行所述任务，否则执行所述就绪登记模块中的优先级最高的任务，流程转入所述任务运行步骤。根据本发明的实时控制方法可靠性高、实时性强、对硬件利用率高。

Description

一种柴油发电机组嵌入式实时控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及柴油发电机组的实时控制，具体地，本发明涉及一种柴油发电机组的实时控制方法及其装置。

背景技术

目前，传统能源的供给面临着严峻的危机，电荒向每个行业渗透。为此，已经有大量的投入来开发新型能源，例如，光伏发电。但是光伏发电的效率有限，其成本居高不下。此外，水能资源的开发又对生态环境带来巨大的影响，还受到水资源不断枯竭等因素的制约。

对很多行业和场合来说，特别是对可靠性要求高的通信、医疗等行业以及数据中心等应用场合来说，柴油发电还是首选。

现有技术中，柴油发电机组的控制程序一般采用顺序控制系统，如图1所示。进入系统后，执行系统入口函数，然后依次执行步骤2(远程数据通信)、步骤3(人机交互)、步骤4(数据处理)、步骤5(报警监测和IO口控制)，完成一次循环；然后再返回远程数据通信的操作，进入到下一个循环。这种顺序执行控制系统尽管控制逻辑简单、易于实现，但是其缺点在于：(1)如果其中某一个任务需要处理的时间长，则会直接影响其它环节的执行。当系统比较复杂时，循环的周期就会加长，不仅使柴油发电机组的数据采集和处理不及时，而且人机界面也会反应迟钝，柴油发电机组的远程数据通信有时会因时间超时而丢失数据包或致使通信不流畅；(2)基于这种方式的系统功能的实现是依靠不断的循环来实现的，从而执行效率低、微处理器等硬件资源的利用率不高、可靠性降低；(3)在系统复杂时，这种控制方式的实时性很弱；(4)在顺序执行系统遇到强力干扰时，就会使得软件频频出现异常、出错、跑飞，严重时甚至会出现死机的情况，导致柴油发电机组的运行受到严重的影响。

因此，需要有一种能可靠性高、实时性强、对硬件利用率高的柴油发电机组控制方法和装置。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，弥补现有柴油发电机组控制系统的不足，本发明提供一种柴油发电机组嵌入式实时控制方法及其装置。

在本发明的第一方面中，提供一种柴油发电机组嵌入式实时控制方法，该实时控制方法包括如下步骤：

优先级设定步骤：任务优先级设定模块为多个任务分配优先权级别，所述多个任务包括远程数据通信、数据采集和处理、人机交互和数据储存、报警检测和IO端口控制、看门狗定时服务处理；

等待时间设定步骤：任务等待时间设定模块为所述多个任务中的每个任务设定等待时间；

就绪登记步骤：在任务就绪登记模块中登记具备运行条件的任务；

任务运行步骤：任务调度模块为登记在所述任务就绪登记模块中的优先级最高的任务分配微处理器使用权，从而该任务进入运行状态；

并且，如果在所述任务运行步骤中运行的任务正常地运行结束，则流程执行等待步骤：即，在微处理器中运行完毕的任务进入等待状态，任务调度模块开始记录该任务处于等待状态的时间，流程执行当前具备运行条件的任务中优先级最高的任务，当等待的任务等待时间结束，针对该任务执行所述就绪登记步骤；如果在所述任务运行步骤中运行的任务被中断，则该任务转向中断服务状态，在中断结束之后，所述任务调度模块比较所述任务的优先级与所述就绪登记模块中的任务的优先级，如果所述任务的优先级高，则执行所述任务，否则执行所述就绪登记模块中的优先级最高的任务，流程转入所述任务运行步骤。

根据本发明这一方面的柴油发电机组嵌入式实时控制方法能有效提供硬件利用率，实时性高，而且具有高的可靠性。

本发明的第二方面提供一种执行根据本发明第一方面的控制方法的装置，其包括微处理器模块、数据采集模块、远程数据通信模块、人机界面模块、储存模块、报警检测和IO口控制模块、看门狗定时服务处理模块，而且，所述实时控制装置还包括：任务优先级设定模块、任务等待时间设定模块、任务就绪登记模块、任务调度模块，其中，所述任务优先级设定模块为多个任务分配优先权级别，所述多个任务包括远程数据通信、数据采集和处理、人机交互和数据储存、报警检测和IO端口控制、看门狗定时服务处理；

所述任务等待时间设定模块为所述多个任务中的每个任务设定等待时间；

所述任务就绪登记模块登记具备运行条件的任务；

所述任务调度模块为登记在所述任务就绪登记模块中的优先级最高的任务分配微处理器使用权，从而该任务进入运行状态；

并且，如果在所述任务运行步骤中运行的任务正常地运行结束，则在微处理器中运行完毕的任务进入等待状态，所述任务调度模块开始记录该任务处于等待装置的时间；如果运行的任务被中断，则该任务转向中断服务状态，此时，所述任务调度模块比较所述任务的优先级与所述就绪登记模块中的任务的最高优先级，如果所述任务的优先级高，则执行所述任务，否则执行所述就绪登记模块中的优先级最高的任务。

根据本发明这一方面的装置能实施根据本发明第一方面的控制方法，能有效地、实时地、可靠地控制柴油发电机组的运行。

在本发明的第二方面的基础上，本发明的第三方面提供一种柴油发电机组嵌入式实时控制装置，其中，所述数据采集模块还包括数据处理模块，对采集到的交流电压电流值加以数字滤波，去除周期性和偶然性的干扰。

根据本发明，在微处理器里面嵌入了实时操作系统内核，提高了柴油发电机组控制系统的微处理器硬件资源的利用率和可靠性；而且柴油发电机组交流模拟电压电流的采集，数据处理和数字滤波算法的实时性得到了提高，从而整个系统的实时性也得到提高。

附图说明

图1为现有技术中用于柴油发电机组控制的顺序执行的程序流程示意图。

图2为根据本发明的用于柴油发电机组控制的嵌入式实时控制系统的示意图。

图3为根据本发明的柴油发电机组嵌入式实时控制装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细描述根据本发明的实时方式。需要指出的是，这些附图仅仅是示意性的，并不构成对本发明的限制。

根据柴油发电机组控制系统需要完成的功能而定义如下的任务：任务1，远程数据通信，其实现遥控、遥测、遥信；任务2：数据采集和处理，其对柴油发电机组的各种参数进行采集，并进行数据处理，例如把连续的交流模拟电压、电流数据进行离散化，并还可利用一定的算法对有效值进行数字滤波，去除周期性干扰和偶然性干扰；任务3：人机交互和数据储存，主要是处理LCD驱动，显示处理后的数据和保存参数的操作；任务4：报警监测和IO端口控制，报警检测和IO口控制是查看所测的数据是否超出所设定的报警范围和IO口是否有异常的变化，否则报警，并做相应的控制；任务5：看门狗定时复位处理，是为了防止系统失控和死机，如果系统软件硬件出现异常时，使应用软件不能重新触发看门狗，则看门狗溢出并产生一个复位。

根据柴油发电机组控制系统的功能任务的重要性，通过任务优先级设定模块为每个任务设定一个高低不一样的优先权。该系统内核支持64个优先级，但有8个被系统所用(最前面两个优先级数值和最后面6个优先级数值为系统所用)，所以用户最多可以创建56个任务，优先级的设定可以从c开始。在一个实施方式中，任务5的优先级设定为c，任务1的优先级设定为d，任务3的优先级设定为e，任务2的优先级设定为f，任务4的优先级设定为g。需要指出的是，在本实施方案中，优先级的字母越靠前，则优先权越高。

当系统运行时，这些任务处于以下5种状态中的某一种状态：睡眠状态6，就绪状态7，运行状态8，等待状态10和中断服务状态9。一个具体时刻只有一个任务处于运行状态，其它的任务只能处于其它的状态。任务状态及其转换关系如图2所示。其中，睡眠状态6表明任务没有配备任务控制块或被剥夺了任务控制块；就绪状态7表明任务已经在就绪登记模块中进行了就绪登记、且具备运行条件；运行状态8表明处于就绪状态的任务经任务调度模块判断获得微处理器的使用权，从而进入运行状态；中断服务状态9指一个正在运行的任务发生中断时，微处理器执行中断服务程序，这时任务的状态就叫中断服务状态；等待状态10是指正在运行的任务，如果需要等待一段时间或等待一个事件发生时再运行，这时任务就把微处理器的使用权交给其它任务，而使本任务就会处于等待状态。这些任务所处的状态在一定的条件下可以转向其它的状态。

在柴油机组嵌入式实时控制系统启动后，首先通过任务优先级设定模块为上述多个任务设定优先权级别，并通过任务等待时间设定模块为所述多个任务中的每个任务设定等待时间。建立的任务就会在就在就绪登记模块中进行登记，系统的任务调度模块就会判断哪一任务的优先权高，则该任务获得微处理器的使用权，如图2所示，任务5(看门狗定时复位)首先获得处理器的使用权。由于每一个任务都被设定有等待时间，然后任务5就进入等待状态；此时，就绪登记表里的任务中，优先权最高的任务是任务1，即，远程数据通信后，其执行后，执行等待命令，把微处理器的使用权交给其它任务；接下来，如果任务5等待时间到了且又进入就绪状态，则又执行任务5，直到进入等待状态。如果任务5等待的时间还没有到，或还没有进入就绪状态，则执行目前处于就绪状态中优先权最高的任务3(即，人机交互和数据储存)。由于每个任务都被设定有等待时间，所以任务优先权最低的任务也会得以运行，与任务数的多少无关。由于本操作系统内核是可剥夺型内核，所以，当在运行着的任务使一个比它优先权高的任务进入就绪状态时，当前任务的微处理器的使用权就会被高优先权的任务剥夺；如果是中断服务使一个高优先权的任务进入就绪状态时，当中断完成时，中断了的任务还是被挂起，开始执行优先权高的任务。

图3示出了根据本发明的柴油发电机组嵌入式实时控制装置的结构示意图。如图所示，该控制装置包括微处理器模块、数据采集模块、远程数据通信模块、人机界面模块、储存模块、报警检测和IO口控制模块、看门狗定时服务处理模块。该实时控制装置还包括：任务优先级设定模块(图中未示出)、任务等待时间设定模块(图中未示出)、任务就绪登记模块(图中未示出)、任务调度模块(图中未示出)。其中，所述任务优先级设定模块为多个任务分配优先权级别，所述多个任务包括远程数据通信、数据采集和处理、人机交互和数据储存、报警检测和IO端口控制、看门狗定时服务处理。任务等待时间设定模块为所述多个任务中的每个任务设定等待时间；任务就绪登记模块登记具备运行条件、且处于等待状态的时间等于或长于所设定等待时间的任务；任务调度模块为登记在所述任务就绪登记模块中的优先级最高的任务分配微处理器使用权，从而该任务进入运行状态。并且，如果在所述任务运行步骤中运行的任务正常地运行结束，则在微处理器中运行完毕的任务进入等待状态，所述任务调度模块开始记录该任务处于等待装置的时间；如果运行的任务被中断，则该任务被挂起，即，该任务转向中断状态。此时，所述任务调度模块比较所述任务的优先级与所述就绪登记模块中的任务的最高优先级，如果所述任务的优先级高，则执行所述任务，否则执行就绪登记模块中的优先级最高的任务。

在一个优选实施例中，数据采集模块还可包括数据处理模块，其可对采集到的交流电压电流值加以数字滤波，以去除周期性和偶然性的干扰。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施方式做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，而且可以单独地或组合地采用上述各个特征，并不偏离本发明的精神，也不超出所附权利要求书限定的范围。

Claims (3)

1.一种柴油发电机组嵌入式实时控制方法，其特征在于，该实时控制方法包括如下步骤：

优先级设定步骤：任务优先级设定模块为多个任务设定优先权级别，所述多个任务包括远程数据通信、数据采集和处理、人机交互和数据储存、报警检测和IO端口控制、看门狗定时服务处理；

等待时间设定步骤：任务等待时间设定模块为所述多个任务中的每个任务设定等待时间；

就绪登记步骤：在任务就绪登记模块中登记具备运行条件的任务；

任务运行步骤：任务调度模块为登记在所述任务就绪登记模块中的优先级最高的任务分配微处理器使用权，从而该任务进入运行状态；

并且，

如果在所述任务运行步骤中运行的任务正常地运行结束，则流程执行等待步骤：即，在微处理器中运行完毕的任务进入等待状态，任务调度模块开始记录该任务处于等待状态的时间，流程执行当前具备运行条件的任务中优先级最高的任务，当等待的任务等待时间结束，针对该任务执行所述就绪登记步骤；

如果在所述任务运行步骤中运行的任务被中断，则该任务转向中断服务状态，在中断结束之后，所述任务调度模块比较所述任务的优先级与所述就绪登记模块中的任务的优先级，如果所述任务的优先级高，则执行所述任务，否则执行所述就绪登记模块中的优先级最高的任务，流程转入所述任务运行步骤。

2.一种柴油发电机组嵌入式实时控制装置，其用于执行根据权利要求1的柴油发电机组嵌入式实时控制方法，包括：微处理器模块、数据采集模块、远程数据通信模块、人机界面模块、储存模块、报警检测和IO口控制模块、看门狗定时服务处理模块，其特征在于，所述实时控制装置还包括：任务优先级设定模块、任务等待时间设定模块、任务就绪登记模块、任务调度模块，其中，

所述任务优先级设定模块为多个任务分配优先权级别，所述多个任务包括远程数据通信、数据采集和处理、人机交互和数据储存、报警检测和IO端口控制、看门狗定时服务处理；

所述任务等待时间设定模块为所述多个任务中的每个任务设定等待时间；

所述任务就绪登记模块登记具备运行条件的任务；

所述任务调度模块为登记在所述任务就绪登记模块中的优先级最高的任务分配微处理器使用权，从而该任务进入运行状态；

并且，如果在所述任务运行步骤中运行的任务正常地运行结束，则在微处理器中运行完毕的任务进入等待状态，所述任务调度模块开始记录该任务处于等待装置的时间；

如果运行的任务被中断，则该任务转向中断服务状态，此时，所述任务调度模块比较所述任务的优先级与所述就绪登记模块中的任务的最高优先级，如果所述任务的优先级高，则执行所述任务，否则执行所述就绪登记模块中的优先级最高的任务。

3.根据权利要求2所述的柴油发电机组嵌入式实时控制装置，其特征在于，所述数据采集模块还包括数据处理模块，对采集到的交流电压电流值加以数字滤波，去除周期性和偶然性的干扰。

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