基于嵌入式的环境试验设备控制系统设计

2.2测控模块硬件设计

测控模块硬件框图如图6所示，以LPC1758为核心，负责设备运行数据的采集、I/O地址译码与I/O的控制;设备的相关温度、电流、电压、湿度、压力等参数经过采集电路后，再经LPC1758进行数字滤波后，存储到FLASH中;控制器可通过RS485与LPC1758通讯，读取所需参数用于逻辑运算，运算后再将I/O控制命令下达到LPC1758执行。I/O电路包括晶体管输出、继电器输出与特殊应用输出，如电子膨胀阀控制I/O、变频器控制I/O等。

　　其中滤波采样电路中采用的Maxim的单通道24位ADC MAX11210。该ADC集成了模拟和参考输入缓冲放大器，并提供四个GPIO口，可用于控制一个外部16通道模拟开关，令MAX11210有效地对16通道的模拟信号进行采集，降低了LPC1758的I/O资源负担。采样电路框图如图7所示。

　　最后，为了保证I/O电路的准确性与可靠性，硬件电路中增加了I/O状态检测设计。对于输出点，I/O状态检测电路将输出状态生成对应的Output序列信号，当控制器改变输出状态的命令发送到LPC1758并执行后，输出点状态改变，LPC1758将改变后的Output序列信号与控制器下发的输出命令进行对比，以确保输出的准确性;而对于输入点，则生产对应的Input序列信号，当输入状态改变后，LPC1758通过比较实际的输入状态与Input序列信号，可判断输入端电路是否发生错误。

3 控制系统软件设计

　　为满足控制器多硬件接口、多软件程序应用开发、多文件操作、系统定制等要求，采用Linux嵌入式操作系统，主要应用程序有人机界面程序、数据处理程序、软PLC程序，如图7所示。其中人机界面程序是由Windows环境下运行的图形化软件通过图元、控件以及宏命令组合生成^[5]，可通过USB导入到控制器以实现人机界面的更新。数据处理程序主要负责设备工控记录、PID运算、设备状态监测等功能。软PLC程序则是由德国Infoteam OpenPCS软件开发，支持ST、IL、SFC、FBD、LD、CFC六种IEC语言，负责I/O逻辑运算。

　　由于测控模块不需要过多的应用程序与图形界面，因此选择了相对Linux嵌入式操作系统机构要小巧的多的uC/OS-II。该系统功能丰富，涵盖了任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间的通信和同步等功能^[6]。主要应用程序有数据采集程序，I/O检测程序，I/O控制程序。整个I/O的控制流程如图9所示。若出现I/O电路错误报警，用户可选择将设备断电重启或请求技术支持。

4 结束语

　　本文设计的嵌入式环境试验设备控制系统，其控制器与测控模块均具有成本低、集成度高、精度高、可拓展性强等优点，可在一定程度上改善环境试验设备批量小、品种多等特点对设计与生产造成的不良影响。且通过充分利用我公司生产环境试验设备的优势，可不断通过环境试验改善控制系统的可靠性设计。该控制系统现已应用在我公司的标准化系列环境设备上，控制精度与稳定性均达到了国内先进水平，且硬件配置丰富，具有良好的拓展能力。

参考文献：

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