μC/OS-II與ARM在中央空調機組控制器中的應用
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1 空調系統簡(jiǎn)介及控制要求
中央空調由集中制冷/加熱站和空調機組兩大部分組成。前者提供系統所需要的冷熱源，后者通過(guò)調節冷凍水/熱蒸汽的流量及空氣風(fēng)量來(lái)調節溫度，調節加濕閥來(lái)調節房間的濕度。機組的控制任務(wù)是自動(dòng)調節空氣溫濕度、風(fēng)速、送風(fēng)量及空氣的潔凈度。系統中所需檢測與控制的參量為：自動(dòng)檢測新風(fēng)、送風(fēng)、回風(fēng)及被控房間溫、濕度及正壓值，表冷器/加熱器的供、回水溫度；自動(dòng)檢測送、回風(fēng)機及故障報警；中低效過(guò)濾器壓差狀態(tài)及超差報警；根據室外空氣狀態(tài)和室內正壓值自動(dòng)調節新風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)閥開(kāi)度 ；根據被控參數及設定參數自動(dòng)調節表冷器、加濕器的電動(dòng)調節閥的開(kāi)度[2-3]。
2 現場(chǎng)控制器硬件結構
如圖1所示，整個(gè)系統可分為ARM處理器模塊、電源模塊、各總線(xiàn)接口模塊、存儲模塊、人機交互模塊、模擬量輸入輸出模塊及數字量輸入輸出模塊等。
主處理器選用Philips公司生產(chǎn)的ARM7芯片LPC2210，該芯片是基于支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU的微控制器，最高工作頻率可達60 MHz，內部帶有16 KB RAM，多達122個(gè)通用I/O口（可承受5 V電壓），具有兩個(gè)帶16 B收發(fā)FIFO的UART，兩個(gè)完全獨立的同步串行接口SPI等豐富的外設。本系統中，存儲模塊由擴展的2 MB NOR Flash(SST39VF160)與8 MB PSRAM(MT45W4MW16)構成，分別使用LPC2210外部存儲器接口的Bank0和Bank1地址空間；人機交互模塊包含鍵盤(pán)和LCD兩部分，顯示和設置空調機組的運行參數及狀態(tài)?？刂破髟O有8個(gè)按鍵輸入，使用I2C接口的接盤(pán)與LED驅動(dòng)芯片ZLG7290進(jìn)行鍵盤(pán)掃描；從USB接口用于控制器與調試計算機的通信；控制平臺設計了以RTL8019AS芯片為核心的以太網(wǎng)接口電路，實(shí)現控制器與上位監控級計算機之間的通信；CAN總線(xiàn)接口可用于現場(chǎng)設備的通信；ISP接口、JTAG口為程序下載調試接口；A/D模塊采用LPC2210自帶的8路10位ADC轉換器，檢測各路溫度及濕度模擬量的輸入，構成反饋控制。D/A模塊的輸出信號作為比例放大器的輸入，控制各個(gè)調節閥門(mén)的開(kāi)度大小，實(shí)現風(fēng)量和流量控制。數字量輸入通道檢測風(fēng)機的運行狀態(tài)及過(guò)濾網(wǎng)壓差報警信號；數字量輸出通道輸出風(fēng)機、加濕器的開(kāi)關(guān)控制信號?？刂破魍ㄟ^(guò)對整個(gè)空調系統新風(fēng)、回風(fēng)的溫濕度、送風(fēng)風(fēng)機運行狀態(tài)、初中效過(guò)濾段的壓差等信號的采集，控制送風(fēng)風(fēng)機的變頻調速、加濕器的加濕、新風(fēng)及回風(fēng)閥門(mén)的開(kāi)度、冷熱水閥的開(kāi)度大小，以達到設定的空氣狀態(tài)[4]。
3 現場(chǎng)控制單元的軟件設計
3.1 軟件層次與功能
控制器軟件由3部分組成：實(shí)時(shí)操作系統、硬件驅動(dòng)程序和運行在操作系統之上的應用程序[5]。實(shí)時(shí)操作系統采用源碼公開(kāi)的μC/OS-II,基于其內核擴展的實(shí)時(shí)操作系統的整體結構如圖2所示。
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