ARM嵌入式控制器應用于印染設備監控中

3 上位機和變頻器

　　PC機與變頻器的通信采用USS協議。該協議由SIEMENS AG定義，主要以RS-485總線方式將多臺西門子公司生產的變頻器、直流調速器或PLC等終端設備與工業控制計算機相連，實現遠程監控。USS協議是開放的，所以為用戶開發自己的基于該協議的軟件產品提供了可行性。這樣不僅有利于降低開發成本，而且能充分滿足特定項目的需要，方便日常的工控網絡維護。

　　USS協議支持多點聯接，支持主一從存取方式，用于單主站系統，最多可鏈接32個站。USS協議支持可變和固定報文長度，報文格式簡單，通信字符格式為：1位起始位、1位停止位、1位校驗位、8位數據位，波特率最高可達18715Kbps。

　　圖2為變頻器MM440的通信報文結構，對報文的具體字符含義不做過多解釋，強調一點MM440支持BiCo（二進制互聯連接）技術，用戶可更方便的對它進行參數的控制。

圖2 變頻器通信報文結構

　　在變頻器與PC機進行485通信前，對于MM440的參數設置至關重要。首先將所有參數復位到出廠設置：

　　P0010（調試參數過濾器）：30，表示為工廠的設定值；
　　P970（工廠復位）＝1，表示所有參數都復位到它們的缺省值；
　　設置參數：P0700（選擇命令源）＝5，表示C0M 鏈路的USS設置；
　　PIO00（頻率設定值的選擇）＝5，表示可通過USS對變頻器進行控制；
　　P2010（USS波特率）＝6，表示通信波特率選9600；
　　P2011（USS地址號）＝1，表示變頻器1的地址為1；
　　P2009（USS規格化）＝1，表示數值是以絕對十進制數的形式發送[即4000（十進制）（＝0FA0hex）等于40.00Hz]；
　　P2012（USS協議的PZD（過程數據）長度）：2，表示PZD傳輸的是控制字和設定值，共2個；
　　P1013（USS協議的PKW 長度）＝4，表示用4個字節讀寫各個參數的數值；
　　P2014（USS的停止傳輸時間（ms））＝X，表示允許用戶設定一個時間X，在經過這個時間以后，如果USS通道接收不到報文，就將產生故障信號F07O。

　　上位機和變頻器通信采用VB6.0編程，程序編制上采用事件驅動的通信方式。串口每接收16個字符便激活一個OnComm（）事件，在On-Comm（）消息處理函數中，加入相應的處理代碼，實現對變頻器參數的在線修改。

4 上位機和ARM

　　嵌入式控制器采用三星公司的32位微處理器S3C44B0，芯片的內核是16／32位ARM7TDMI精簡指令結構處理器，是一種低功耗，通用微處理器內核，特別適合于對價格比較敏感產品的設計[4]。S3C44B0芯片除了微處理器內核外，在芯片中還集成了許多外圍設備，如8通道10位ADC，1個I2C-BUS控制器，LCD控制器，2通道UART。最重要的是它可以移植操作系統uClinux進行管理。uClinux是一個優秀的嵌入式操作系統，它很適合那些沒有MMU（Memory Management Unit）的處理器。沒有MMU 的處理器在嵌入式領域中應用相當普遍。針對uClinux內核的二進制代碼和源代碼都經過重新編寫，以緊縮和裁剪基本的代碼。這就使uClinux和標準Linux 2.0內核相比非常小，但它仍然保持了Linux操作系統主要優點。

　　本系統中，我們用帶uClinux操作系統的S3C44BOX控制器，用它自帶的一路10位ADC，方便的對拉幅熱定型機的烘房溫度進行較高精度的數據采集；通過I2C總線和外圍計數芯片實現兩路電機轉速的采集。一個UART用作485總線接口，與PC機通信；一個LCD控制器直接接3.5寸的STN液晶器，方便觀察。由于uClinux本身已經做好網絡的移植，本系統采用網絡芯片RTL8019AS把嵌入式接入以太網，用戶可以通過瀏覽器訪問該控制系統的運行數據，實現對系統的遠程監控。

　　在拉幅熱定型機中，作為主傳動，帶動布鋏的主、從電機的線速度同步，是保證加工質量的關鍵，控制算法通常在PC機中完成，由于本系統采用32位微處理器，所以完全可以在作為下位機的ARM控制器中完成。PC機僅用于監測和變頻器通信，大大減輕了負擔。而且S3C44B0具有很好的移植性，可以作為模塊方便的掛在485總線上。嵌入式控制器S3C44B0和PC機之間，我們定義了下面的收發協議，如圖3所示。其中命令包括復位命令和發送命令，若接收方在約定時間內未收到發送命令幀，則發送復位幀，雙方回到通信程序的開始，清空緩沖區，然后重新同步，具體流程如圖4所示。

圖3 控制器和PC機通信協議