基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統的研究

摘 要： 針對高溫微波燒結設備對可靠性、穩定性和多功能的需求，提出了一種基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統，實(shí)現了對高溫微波燒結設備可靠、精確的控制。不但豐富了系統功能，提高了控制精度，而且使復雜的操作簡(jiǎn)單化。

微波作為一種節能環(huán)保的新能源形式，近年來(lái)在國內外得到了迅猛發(fā)展，并且在陶瓷燒結、環(huán)保、脫硫等方面有了很多成功的實(shí)例。微波加熱技術(shù)是工業(yè)控制中的一種特殊應用，如何對其控制直接影響微波加熱設備的應用前景。而微波加熱設備，尤其是大功率微波加熱系統，其繁雜的操作程序為其穩定運行帶來(lái)很多不確定因素，因此亟需設計安全、智能的控制系統?，F階段國內外大功率工業(yè)微波加熱系統存在系統功能過(guò)于單一、控制精度不夠等問(wèn)題。針對這些問(wèn)題，本文提出了一種基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統。

1 方案論證

目前國內外大多數微波設備采用的控制方式為觸摸屏+PLC控制系統。此系統用在實(shí)驗爐上時(shí)，雖運行相對穩定可靠，但具有一定的局限性：系統功能不豐富，控制精度不高，采樣頻率偏低，系統接口不夠開(kāi)放，界面元素有限。

1.1 提出的方案

由于觸摸屏+PLC控制系統的諸多局限性，本文提出了另外一種解決方案，即基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統。該系統分為兩部分：嵌入式主控系統板(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EPC)、開(kāi)發(fā)板和觸摸屏(人機界面接口板，以下簡(jiǎn)稱(chēng)HMI板)。其中EPC作為下位機，主要進(jìn)行數據采集并在上位機的指令下控制外部設備；HMI板作為上位機，運行基于Windows CE的監控程序，并分析處理EPC發(fā)送的各種數據；基于Windows CE的監控程序，提供了報警、控溫等多種功能，實(shí)現系統的精確控制；觸摸屏用于實(shí)時(shí)顯示對用戶(hù)有用的各種信息，如溫度、功率比例和系統運行狀態(tài)等，同時(shí)使用戶(hù)可以方便地對系統進(jìn)行操作，是用戶(hù)和系統進(jìn)行交互的中介。

該方案具有以下優(yōu)勢：(1)穩定可靠地傳送數據；(2)準確采集豐富的數據信息，便于后續的數據信息處理；(3)界面友好、操作簡(jiǎn)單，能有效地實(shí)現遠程監控，功能相對豐富齊全；(4)編程靈活性提高，便于繼承已有的基于Windows的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，能夠有效降低開(kāi)發(fā)成本。

1.2 主要硬件和軟件的選擇

選擇應用廣泛的S3C2440開(kāi)發(fā)板，其優(yōu)勢在于：開(kāi)發(fā)資料豐富、全面，擴展功能好，性能穩定；選擇Windows CE操作系統，其能與桌面Windows系統有效通信，便于用戶(hù)的使用，且性能穩定可靠；選擇EVC(Embedded Visual C++)作為應用程序開(kāi)發(fā)平臺，其集成IDE環(huán)境可以使用戶(hù)快速開(kāi)發(fā)控制臺、MFC等多種Windows CE應用程序，執行效率較高，而且能較大程度節省資源。

2 系統設計

采用基于Windows CE的大功率微波設備嵌入式控制系統，其基本設計思路是：EPC處理器將不斷變化的高電壓、電流、溫度和功率等模擬信號經(jīng)過(guò)模擬-數字轉換處理后，通過(guò)RS232串口提交到HMI板，HMI板將獲取的數據在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示，并將這些數據分析處理后，將控制信號通過(guò)RS232串口發(fā)送到EPC。HMI板把獲取的數據實(shí)時(shí)顯示在觸摸屏上，進(jìn)行分析處理后，通過(guò)RS232串口發(fā)送到EPC。EPC處理器接收到控制信號，經(jīng)過(guò)計算后將該信號通過(guò)數字-模擬轉換處理，用模擬信號來(lái)控制燈絲電流和磁場(chǎng)線(xiàn)圈電壓等。HMI板和EPC之間的通信通過(guò)ModBus協(xié)議實(shí)現。系統原理圖如圖1所示。

系統原理圖

2.1 硬件設計

HMI板是系統核心，實(shí)現對系統的監控。EPC主要進(jìn)行數據采集并在HMI板的指令下進(jìn)行操作，如實(shí)現對煙道風(fēng)機、微波攪拌器等外部設備的控制，將采集的數據發(fā)送到HMI板進(jìn)行處理等。系統進(jìn)入工作狀態(tài)后，HMI板打開(kāi)RS232串口，以取得與EPC的通信。若打開(kāi)失敗，HMI板發(fā)出報警信息并對串口進(jìn)行檢測；若打開(kāi)成功，根據HMI板和EPC通信過(guò)程中設定的協(xié)議(此處是ModBus協(xié)議)，HMI板通過(guò)串口向EPC發(fā)送指令。 EPC接收指令后，將其轉換為可以識別的命令，進(jìn)行相應的操作，然后將操作結果通過(guò)串口反饋給HMI板，同時(shí)EPC不斷檢測設備的狀態(tài)信息。若出現異常，則通過(guò)串口將該信息發(fā)送到HMI板，HMI板同樣將該信息轉換為其可以識別的命令，發(fā)出報警。HMI板和EPC之間的通信交互以及命令格式的轉換等通過(guò) ModBus協(xié)議實(shí)現。