基于COsⅡ的遠程機電測控系統研究

湖北工業大學 葉飛

湖北工業大學 葉飛

針對目前大多數機電、壓力控制系統仍存在體積龐大、造價高、加熱效率不理想、控制精度往往不能滿足要求等缺點,本文嘗試基于以太網控制系統的概念,實現一個機電遠程分布式測控系統的設計。該系統由上位機和多個具有以太網接口的現場測控單元組成。現場測控單元的設計包含輸入輸出通道、以太網接口,并嵌入了實時操作系統c/Os-Ⅱ和 TCP/IP協議。測控單元首先采集機電和壓力數據,通過以太網傳送到作為上位機的工業控制計算機,而上位機依據上傳的數據實現參數FUZZY-PID控制算法,然后將所獲得的控制數據通過以太網下傳給現場測控單元執行,從而實現了機電和壓力的遠程測控。

遠程；機電測控；系統；研究

21世紀是信息經濟的時代,網絡成為各項信息交流的熱門手段。工業以太網以其獨特的優點成為工業控制領域公認的21世紀控制網絡的最佳解決方案。目前,基于以太網的工業控制系統正逐漸替代現有的現場總線式控制系統,應用在各個控制領域。

今天，嵌入式系統已滲透到日常生活的方方面面，帶來的工業年產值已超過1萬億美元，在工業控制、消費電子等領域的應用范圍不斷擴大，而機電控制是嵌入式系統技術的一個典型應用，采用嵌入式的機器人、SONY機器狗及1997年美國發射的“索納杰”火星車就是經典的實例。就嵌入式系統的組成、特點，開發所采用的主流軟件平臺、硬件平臺作詳細的介紹，并通過Stewart平臺專用伺服控制器的設計，介紹了嵌入式技術在機電控制系統中的應用及具體實現。隨著社會的發展，對供電可靠性的要求越來越高，一旦某些重要設施供電系統突然發生故障而中斷供電，將會破壞社會的正常秩序，甚至造成重大的政治影響和經濟損失。然而，電力故障突發性強，斷電情況必須考慮，因此就需要做到電源的不間斷，即供電線路停電時由備用電源供電。應急電源又稱 EPS（Emergency Power System）具有下述優點：（1）電網有電時，處于靜態，無噪音；供電時，噪音小于60dB。不需排煙和防震處理，具有節能、無公害、無火災隱患的特點；（2）自動切換，可實現無人值守，電網供電與EPS電源供電相互切換時間均為0.1～0.25 s；（3）帶載能力強，EPS適應于電感性、電容性及綜合性負載的設備，如電梯、水泵、風機辦公自動化設備、應急照明等；（4）使用可靠。主機壽命長達20年以上；（5）適應惡劣環境。可放置于地下室或配電室，也可緊靠應急負荷使用場所就地設置以減少供電線路。

嵌入式系統是以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統。由于嵌入式系統具有微內核、系統精簡、高實時性、專用性強等特點,因此非常適合應用于機電控制系統。有別于傳統的控制系統,嵌入式系統由嵌入式微處理器/微控制器、存儲器、輸入輸出(I/O)和軟件組成,這里的軟件是指基于RTOS開發且和RTOS密切結合的應用軟件。這種操作系統和應用軟件緊密結合為一體正是嵌入式系統和基于Windows應用系統的主要差別所在,也是其可靠性和實時性的重要保證。

Stewart平臺是6腿(桿)機械手，在大射電望遠鏡指向跟蹤系統中是利用Stewart平臺作饋源艙的精調子系統。在該系統中要求Stewart平臺系統實現高精度、高實時性運動，其控制精度直接決定著饋源的定位精度，而且對Stewart平臺控制器的可靠性、體積都有較高的要求。

Stewart平臺控制系統基于ATMEL公司的AT9140800嵌入式微處理器為核心。其它主要硬件部分有：

(1)存儲器：系統配以2MBSDRAM，1MB線性FlashROM用于存儲RTOS和應用軟件。

(2)編碼器接口：設計6路獨立編碼器接口，包括脈沖細分邏輯和辨向電路。

嵌入式系統及其應用已成為當前研究和應用的熱點，采用嵌入式系統的機電控制系統較傳統控制系統在可靠性、體積、功耗、性價比等方面都具有明顯的優勢，相信不久的將來嵌入式系統會廣泛應用于各類機電控制中，并能取得更好的控制效果和更好的系統綜合性能C/OS-IIRTOS是當今嵌入式應用的熱點之一,應用RTOS提高了測控系統的可靠性、實時性,降低了研發周期。本文基于C/OSII構建的測控系統應用在漯河農業局2 000萬kg紅薯儲藏保鮮工程項目中,完全達到了設計的控制指標：溫度（10～14℃）±0.5℃，濕度（80%～95%）RH±2%,氧濃度≮4.5%。降低了紅薯因為溫度、濕度、氧濃度不正常造成的變質,完好率100%,與不使用本系統的倉儲對比減少損耗25%,約500萬kg,直接經濟效益500多萬元,同時也取得了較好的社會效益。

[1]期刊論文.數字無線通信模塊的應用(1)-無線車輛報警系統.電子工程師，2000,26(8).

[2]學位論文.基于無線通信模塊的綜合數據業務平臺研究.2005.

[3]期刊論文.SMS短信息在遠程監測系統中的應用.福建電腦2007(10).

[4]期刊論文.SMS在遠程監控系統中的應用-自動化技術與應用.2005,24(8).

2017-10-10）