基于嵌入式的環境試驗設備控制系統設計

2.2 測控模塊硬件設計

　　測控模塊硬件框圖如圖6所示，以LPC1758為核心，負責設備運行數據的采集、I/O地址譯碼與I/O的控制;設備的相關溫度、電流、電壓、濕度、壓力等參數經過采集電路后，再經LPC1758進行數字濾波后，存儲到FLASH中;控制器可通過RS485與LPC1758通訊，讀取所需參數用于邏輯運算，運算后再將I/O控制命令下達到LPC1758執行。I/O電路包括晶體管輸出、繼電器輸出與特殊應用輸出，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GPIO口，可用于控制一個外部16通道模擬開關，令MAX11210有效地對16通道的模擬信號進行采集，降低了LPC1758的I/O資源負擔。采樣電路框圖如圖7所示。

　　最后，為了保證I/O電路的準確性與可靠性，硬件電路中增加了I/O狀態檢測設計。對于輸出點，I/O狀態檢測電路將輸出狀態生成對應的Output序列信號，當控制器改變輸出狀態的命令發送到LPC1758并執行后，輸出點狀態改變，LPC1758將改變后的Output序列信號與控制器下發的輸出命令進行對比，以確保輸出的準確性;而對于輸入點，則生產對應的Input序列信號，當輸入狀態改變后，LPC1758通過比較實際的輸入狀態與Input序列信號，可判斷輸入端電路是否發生錯誤。

3 控制系統軟件設計

　　為滿足控制器多硬件接口、多軟件程序應用開發、多文件操作、系統定制等要求，采用Linux嵌入式操作系統，主要應用程序有人機界面程序、數據處理程序、軟PLC程序，如圖7所示。其中人機界面程序是由Windows環境下運行的圖形化軟件通過圖元、控件以及宏命令組合生成^[5]，可通過USB導入到控制器以實現人機界面的更新。數據處理程序主要負責設備工控記錄、PID運算、設備狀態監測等功能。軟PLC程序則是由德國Infoteam OpenPCS軟件開發，支持ST、IL、SFC、FBD、LD、CFC六種IEC語言，負責I/O邏輯運算。

　　由于測控模塊不需要過多的應用程序與圖形界面，因此選擇了相對Linux嵌入式操作系統機構要小巧的多的uC/OS-II。該系統功能豐富，涵蓋了任務調度、任務管理、時間管理、內存管理和任務間的通信和同步等功能^[6]。主要應用程序有數據采集程序，I/O檢測程序，I/O控制程序。整個I/O的控制流程如圖9所示。若出現I/O電路錯誤報警，用戶可選擇將設備斷電重啟或請求技術支持。

4 結束語

　　本文設計的嵌入式環境試驗設備控制系統，其控制器與測控模塊均具有成本低、集成度高、精度高、可拓展性強等優點，可在一定程度上改善環境試驗設備批量小、品種多等特點對設計與生產造成的不良影響。且通過充分利用我公司生產環境試驗設備的優勢，可不斷通過環境試驗改善控制系統的可靠性設計。該控制系統現已應用在我公司的標準化系列環境設備上，控制精度與穩定性均達到了國內先進水平，且硬件配置豐富，具有良好的拓展能力。

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