μC/OS-II與ARM在中央空調(diào)機(jī)組控制器中的應(yīng)用

作者：時(shí)間：2010-07-28 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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隨著中央空調(diào)的普及應(yīng)用，如何對(duì)中央空調(diào)機(jī)組實(shí)施有效的控制，是許多科研人員研究的重要課題。目前國(guó)內(nèi)中央空調(diào)機(jī)組控制器硬件方面主要采用8位單片機(jī)為核心處理器，這種方式由于資源有限，導(dǎo)致人機(jī)交互不友好、機(jī)組的實(shí)時(shí)監(jiān)控性能低、整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)難以實(shí)現(xiàn)多機(jī)組網(wǎng)聯(lián)控、節(jié)能效果差[1]。采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器具有小體積、低功耗、低成本、高性能的特點(diǎn)，指令執(zhí)行速度快，執(zhí)行效率高，且具有豐富的片內(nèi)外圍電路，有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性。本控制系統(tǒng)選擇了Philips公司ARM7處理器LPC2210，移植了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
1 空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介及控制要求
中央空調(diào)由集中制冷/加熱站和空調(diào)機(jī)組兩大部分組成。前者提供系統(tǒng)所需要的冷熱源，后者通過(guò)調(diào)節(jié)冷凍水/熱蒸汽的流量及空氣風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)溫度，調(diào)節(jié)加濕閥來(lái)調(diào)節(jié)房間的濕度。機(jī)組的控制任務(wù)是自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣溫濕度、風(fēng)速、送風(fēng)量及空氣的潔凈度。系統(tǒng)中所需檢測(cè)與控制的參量為：自動(dòng)檢測(cè)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(cè)送、回風(fēng)機(jī)及故障報(bào)警；中低效過(guò)濾器壓差狀態(tài)及超差報(bào)警；根據(jù)室外空氣狀態(tài)和室內(nèi)正壓值自動(dòng)調(diào)節(jié)新風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)閥開(kāi)度；根據(jù)被控參數(shù)及設(shè)定參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)表冷器、加濕器的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度[2-3]。
2 現(xiàn)場(chǎng)控制器硬件結(jié)構(gòu)
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)可分為ARM處理器模塊、電源模塊、各總線接口模塊、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)交互模塊、模擬量輸入輸出模塊及數(shù)字量輸入輸出模塊等。

本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/151712.htm

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(dá)60 MHz，內(nèi)部帶有16 KB RAM，多達(dá)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(dú)立的同步串行接口SPI等豐富的外設(shè)。本系統(tǒng)中，存儲(chǔ)模塊由擴(kuò)展的2 MB NOR Flash(SST39VF160)與8 MB PSRAM(MT45W4MW16)構(gòu)成，分別使用LPC2210外部存儲(chǔ)器接口的Bank0和Bank1地址空間；人機(jī)交互模塊包含鍵盤和LCD兩部分，顯示和設(shè)置空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)?？刂破髟O(shè)有8個(gè)按鍵輸入，使用I²C接口的接盤與LED驅(qū)動(dòng)芯片ZLG7290進(jìn)行鍵盤掃描；從USB接口用于控制器與調(diào)試計(jì)算機(jī)的通信；控制平臺(tái)設(shè)計(jì)了以RTL8019AS芯片為核心的以太網(wǎng)接口電路，實(shí)現(xiàn)控制器與上位監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信；CAN總線接口可用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信；ISP接口、JTAG口為程序下載調(diào)試接口；A/D模塊采用LPC2210自帶的8路10位ADC轉(zhuǎn)換器，檢測(cè)各路溫度及濕度模擬量的輸入，構(gòu)成反饋控制。D/A模塊的輸出信號(hào)作為比例放大器的輸入，控制各個(gè)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度大小，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量和流量控制。數(shù)字量輸入通道檢測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及過(guò)濾網(wǎng)壓差報(bào)警信號(hào)；數(shù)字量輸出通道輸出風(fēng)機(jī)、加濕器的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。控制器通過(guò)對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)、回風(fēng)的溫濕度、送風(fēng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、初中效過(guò)濾段的壓差等信號(hào)的采集，控制送風(fēng)風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速、加濕器的加濕、新風(fēng)及回風(fēng)閥門的開(kāi)度、冷熱水閥的開(kāi)度大小，以達(dá)到設(shè)定的空氣狀態(tài)[4]。
3 現(xiàn)場(chǎng)控制單元的軟件設(shè)計(jì)
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(tǒng)、硬件驅(qū)動(dòng)程序和運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序[5]。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用源碼公開(kāi)的μC/OS-II,基于其內(nèi)核擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。