基于嵌入式的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 測(cè)控模塊硬件設(shè)計(jì)

　　測(cè)控模塊硬件框圖如圖6所示，以LPC1758為核心，負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、I/O地址譯碼與I/O的控制;設(shè)備的相關(guān)溫度、電流、電壓、濕度、壓力等參數(shù)經(jīng)過(guò)采集電路后，再經(jīng)LPC1758進(jìn)行數(shù)字濾波后，存儲(chǔ)到FLASH中;控制器可通過(guò)RS485與LPC1758通訊，讀取所需參數(shù)用于邏輯運(yùn)算，運(yùn)算后再將I/O控制命令下達(dá)到LPC1758執(zhí)行。I/O電路包括晶體管輸出、繼電器輸出與特殊應(yīng)用輸出，如電子膨脹閥控制I/O、變頻器控制I/O等。

　　其中濾波采樣電路中采用的Maxim的單通道24位ADC MAX11210。該ADC集成了模擬和參考輸入緩沖放大器，并提供四個(gè)GPIO口，可用于控制一個(gè)外部16通道模擬開(kāi)關(guān)，令MAX11210有效地對(duì)16通道的模擬信號(hào)進(jìn)行采集，降低了LPC1758的I/O資源負(fù)擔(dān)。采樣電路框圖如圖7所示。

　　最后，為了保證I/O電路的準(zhǔn)確性與可靠性，硬件電路中增加了I/O狀態(tài)檢測(cè)設(shè)計(jì)。對(duì)于輸出點(diǎn)，I/O狀態(tài)檢測(cè)電路將輸出狀態(tài)生成對(duì)應(yīng)的Output序列信號(hào)，當(dāng)控制器改變輸出狀態(tài)的命令發(fā)送到LPC1758并執(zhí)行后，輸出點(diǎn)狀態(tài)改變，LPC1758將改變后的Output序列信號(hào)與控制器下發(fā)的輸出命令進(jìn)行對(duì)比，以確保輸出的準(zhǔn)確性;而對(duì)于輸入點(diǎn)，則生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的Input序列信號(hào)，當(dāng)輸入狀態(tài)改變后，LPC1758通過(guò)比較實(shí)際的輸入狀態(tài)與Input序列信號(hào)，可判斷輸入端電路是否發(fā)生錯(cuò)誤。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　為滿(mǎn)足控制器多硬件接口、多軟件程序應(yīng)用開(kāi)發(fā)、多文件操作、系統(tǒng)定制等要求，采用Linux嵌入式操作系統(tǒng)，主要應(yīng)用程序有人機(jī)界面程序、數(shù)據(jù)處理程序、軟PLC程序，如圖7所示。其中人機(jī)界面程序是由Windows環(huán)境下運(yùn)行的圖形化軟件通過(guò)圖元、控件以及宏命令組合生成^[5]，可通過(guò)USB導(dǎo)入到控制器以實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的更新。數(shù)據(jù)處理程序主要負(fù)責(zé)設(shè)備工控記錄、PID運(yùn)算、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。軟PLC程序則是由德國(guó)Infoteam OpenPCS軟件開(kāi)發(fā)，支持ST、IL、SFC、FBD、LD、CFC六種IEC語(yǔ)言，負(fù)責(zé)I/O邏輯運(yùn)算。

　　由于測(cè)控模塊不需要過(guò)多的應(yīng)用程序與圖形界面，因此選擇了相對(duì)Linux嵌入式操作系統(tǒng)機(jī)構(gòu)要小巧的多的uC/OS-II。該系統(tǒng)功能豐富，涵蓋了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等功能^[6]。主要應(yīng)用程序有數(shù)據(jù)采集程序，I/O檢測(cè)程序，I/O控制程序。整個(gè)I/O的控制流程如圖9所示。若出現(xiàn)I/O電路錯(cuò)誤報(bào)警，用戶(hù)可選擇將設(shè)備斷電重啟或請(qǐng)求技術(shù)支持。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的嵌入式環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備控制系統(tǒng)，其控制器與測(cè)控模塊均具有成本低、集成度高、精度高、可拓展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可在一定程度上改善環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備批量小、品種多等特點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)造成的不良影響。且通過(guò)充分利用我公司生產(chǎn)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，可不斷通過(guò)環(huán)境試驗(yàn)改善控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用在我公司的標(biāo)準(zhǔn)化系列環(huán)境設(shè)備上，控制精度與穩(wěn)定性均達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，且硬件配置豐富，具有良好的拓展能力。

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