一種嵌入式的太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監控系統的設計方案

2.4 RS 485通信電路設計

太陽(yáng)能干燥設備需要長(cháng)時(shí)間工作在露天環(huán)境下，對通信電路的距離和抗干擾要求較高。針對此項要求，實(shí)時(shí)嵌入式太陽(yáng)能干燥監測和控制系統采用SP485R芯片組建RS 485 通信控制電路實(shí)現與PC 上位機的通信。

SP485R應用電路如圖4所示。

3 嵌入式太陽(yáng)能干燥監測和控制系統軟件設計

3.1 FreeRTOS在STM32上的移植

太陽(yáng)能干燥設備進(jìn)行干燥作業(yè)時(shí)對干燥室內的溫濕度要求較高：溫度過(guò)高會(huì )影響干燥物料的品質(zhì)，溫度過(guò)低或濕度過(guò)高又會(huì )降低干燥效率。這要求監測和控制系統應具有高實(shí)時(shí)性和可靠的穩定性，能夠快速反應并準確動(dòng)作，使干燥室內溫度能夠維持恒定且保證濕度在限定范圍之內?；诖?，將FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統移植到STM32嵌入式處理器以滿(mǎn)足設計需求。

FreeRTOS的實(shí)現主要由list.c、queue.c、croutine.c和tasks.c4個(gè)文件組成。list.c是一個(gè)鏈表的實(shí)現，主要供內核調度器使用;queue.c是一個(gè)隊列的實(shí)現，支持中斷環(huán)境與信號量控制;croutine.c和task.c是兩種任務(wù)的組織實(shí)現。對于croutine,各個(gè)任務(wù)共享同一個(gè)堆棧，使RAM的需求進(jìn)一步縮小，也正因如此，他的使用受到相對嚴格的限制。而task則是傳統的實(shí)現，各個(gè)任務(wù)使用各自的堆棧，支持完全的搶占式調度。FreeRTOS在STM32的移植大致由3個(gè)文件實(shí)現，一個(gè)。h文件定義編譯器相關(guān)的數據類(lèi)型和中斷處理的宏定義;一個(gè)。c文件實(shí)現任務(wù)的堆棧初始化、系統心跳的管理以及任務(wù)切換的請求;一個(gè)。s文件實(shí)現具體的任務(wù)切換，具體如圖5所示。

FreeRTOS 下可實(shí)現創(chuàng )建任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、恢復任務(wù)、設定任務(wù)優(yōu)先級、獲得任務(wù)相關(guān)信息等功能，在嵌入式太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監測和控制系統的程序設計中調用xTaskCreate()函數創(chuàng )建監測、通信、控制三個(gè)任務(wù)，程序任務(wù)按設定優(yōu)先級順序執行實(shí)現既定功能。

監測任務(wù)(vmonitorTask)實(shí)現對干燥室內溫濕度以及鼓風(fēng)機轉速的實(shí)時(shí)監測。嵌入式處理器將通過(guò)參數傳感器獲得的實(shí)時(shí)參數進(jìn)行保存。

通信任務(wù)(vcommunicateTask)實(shí)現上位機與嵌入式處理器的實(shí)時(shí)通信。嵌入式處理器接收PC上位機發(fā)送的干燥溫度和濕度上限值，并將收集到的溫濕度以及鼓風(fēng)機轉速參數發(fā)送至PC上位機進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

控制任務(wù)(vcontrolTask)實(shí)現干燥室內的溫濕度控制。PC 上位機設定的干燥溫度作為系統控制目標量，參數傳感器測得的實(shí)時(shí)溫度作為輸入量調用PID算法，輸出量作為變頻器工作頻率調節鼓風(fēng)機轉速實(shí)現干燥室的恒溫控制。當干燥室內濕度超過(guò)PC上位機設定的濕度上限時(shí)，繼電器控制排氣扇動(dòng)作完成過(guò)濕廢氣的排空作業(yè)。

程序任務(wù)執行框圖如圖6所示。

3.2 PID控制的應用

太陽(yáng)能干燥設備運行時(shí)的系統參數無(wú)法通過(guò)有效的測量手段來(lái)獲得，從而無(wú)法建立精確的數學(xué)模型。因此，系統控制器的結構和參數必須依靠工程經(jīng)驗和現場(chǎng)調試來(lái)確定。在綜合考慮多種控制理論可行性并參照工程實(shí)踐的基礎上，嵌入式太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監測和控制系統選用數字PID控制技術(shù)來(lái)實(shí)現干燥室的恒溫控制。

嵌入式處理器以上位機設定干燥溫度作為系統控制目標量，以干燥室內實(shí)時(shí)溫度作為輸入量調用PID算法。PID 輸出量作為變頻器工作頻率對鼓風(fēng)機轉速進(jìn)行實(shí)時(shí)調節，從而實(shí)時(shí)增減送入熱風(fēng)量以完成對干燥室的恒溫控制。

考慮到溫度調節的特性要求，本系統采用PI 控制。即先根