基于ARM7控制的CRH380B型空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)

胡海峰+王興江++武夢龍

摘 要 本文設(shè)計(jì)一種基于ARM7+ARM7架構(gòu)的空調(diào)控制器，具備實(shí)時(shí)控制、故障處理、過程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄以及網(wǎng)絡(luò)上傳空調(diào)運(yùn)行信息等功能；軟件設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)模塊化劃分，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了控制器內(nèi)部的核心板程序以及數(shù)據(jù)采集板程序。現(xiàn)場調(diào)試結(jié)果表明，本次設(shè)計(jì)的空調(diào)控制器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有CRH380B型車上各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目上空調(diào)控制器硬件和軟件上完全國產(chǎn)化。

【關(guān)鍵詞】ARM7 空調(diào)控制器 MVB車輛總線

1 引言

縱觀目前國內(nèi)軌道行業(yè)幾個(gè)空調(diào)廠家高鐵空調(diào)控制器主要采用進(jìn)口控制器，一方面由于進(jìn)口的高鐵控制器價(jià)格偏貴，技術(shù)上存在一定封鎖，現(xiàn)場調(diào)試和后期維護(hù)升級都存在一定問題；另外一方面國內(nèi)乘客對高鐵的乘車環(huán)境也要求越來越高，故研究和開發(fā)屬于自己的高鐵控制器非常有必要。

2 功能概述

本文設(shè)計(jì)的空調(diào)控制器分為硬件和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件上分為核心控制板和數(shù)據(jù)信息采集板；軟件上主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、保存和上傳等。本方案優(yōu)點(diǎn)是能滿足高鐵空調(diào)多輸入、輸出控制，由專門的CPU負(fù)責(zé)對外接口，和主CPU之間采用CAN通訊，通訊實(shí)時(shí)性高，并且穩(wěn)定。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)框圖

因CRH380B項(xiàng)目需求，硬件設(shè)計(jì)上要求數(shù)字量輸入100路，數(shù)字量輸出60路，以及40路模擬量采集等需求，故本硬件設(shè)計(jì)采用2片32位ARM7處理器LPC2292作為處理器，其中主CPU主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和司機(jī)室網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互，并且對過程數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，從CPU主要對輸入、輸出及模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.2 外圍電路設(shè)計(jì)分析

3.2.1 鐵電存儲電路

本次設(shè)計(jì)中硬件設(shè)計(jì)上采用鐵電存儲器，對空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)和故障記錄進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲。FM24V10是一個(gè)串行的F-RAM存儲器，內(nèi)存大小為：131072x8bits，使用I2C總線，具有讀寫次數(shù)多、功耗低等特點(diǎn)，如圖1所示。

3.2.2 時(shí)鐘電路

本次設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片采用PCF8523，該時(shí)鐘芯片與其它時(shí)鐘芯片相比，可以實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)備的及時(shí)及更低的功耗，其接口電路如圖2所示。

3.2.3 看門狗復(fù)位電路

本設(shè)計(jì)采用的看門狗復(fù)位芯片是CAT706，該芯片具備精確的欠壓系統(tǒng)監(jiān)控功能，其帶掉電檢測的系統(tǒng)復(fù)位功能適用于3.0V、3.6V和5.0V系統(tǒng)，為電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了基本的復(fù)位和監(jiān)控功能。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 概述

本設(shè)計(jì)軟件方案中，采用嵌入式操作系統(tǒng)uc/OS-II系統(tǒng)為軟件開發(fā)平臺，采用基于Keil開發(fā)套件中的uVision4為軟件集成開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境是一款穩(wěn)定、可靠、高效的開發(fā)工具，適用于不同層次的用戶，完全滿足專業(yè)應(yīng)用的使用需求。

4.2 應(yīng)用程序模塊設(shè)計(jì)

本應(yīng)用程序模塊設(shè)計(jì)包括一個(gè)main（）函數(shù)，由該函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)啟動任務(wù)。啟動任務(wù)由主程序創(chuàng)建，它的作用：系統(tǒng)硬件初始化，創(chuàng)建各個(gè)應(yīng)用程序任務(wù)，主要任務(wù)包括：系統(tǒng)狀態(tài)指示任務(wù)、PTU通訊任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通訊任務(wù)、溫度采集任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)以及空調(diào)模式判斷任務(wù)等。

4.3 軟件主程序模塊設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的空調(diào)控制系統(tǒng)，其核心控制指令來自于車輛網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的空調(diào)指令，當(dāng)空調(diào)主CPU收到控制指令后，進(jìn)行判斷自動進(jìn)入制冷或者制暖工況，并且實(shí)時(shí)上傳空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)到司機(jī)室，并且保存空調(diào)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，及對故障進(jìn)行自動處理等功能，所以，對主CPU的程序設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，本次設(shè)計(jì)的空調(diào)控制器，能夠滿足CRH380B項(xiàng)目需求，可以實(shí)現(xiàn)原有的控制功能，并且增加了大容量鐵電存儲器，能夠更多記錄實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息和故障信息，對后續(xù)空調(diào)維護(hù)工作提供便利，并且實(shí)現(xiàn)了CRH380B項(xiàng)目上空調(diào)控制器的完全國產(chǎn)化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

1.廣州中車軌道交通空調(diào)裝備有限公司 廣東省廣州市 510000

2.北方工業(yè)大學(xué) 北京市 100144