智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的研究設計

王朱勞

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院，陜西西安 710300）

隨著酒庫貯酒工藝技術的發(fā)展，在人工智能環(huán)境下進行酒庫貯酒的電子監(jiān)控設計，提高酒庫貯酒的質(zhì)量及自動化水平，構(gòu)建智能酒庫貯酒中心微機的監(jiān)測系統(tǒng)，采用嵌入式的微機管理技術和集成信息處理技術，分析酒庫貯酒過程中的信息特征量，采用大數(shù)據(jù)信息融合技術對酒庫貯酒過程中的信息進行管理和智能控制[1]，提高智能酒庫貯酒中心微機的智能監(jiān)測能力，研究智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法，對促進酒庫貯酒的信息化建設和發(fā)展中具有重要意義，相關酒庫貯酒中心微機電子監(jiān)控系統(tǒng)設計受到人們的極大關注[2]。當前，對智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控的設計方法主要采用單片機控制方法，結(jié)合智能酒庫貯酒中心微機自動監(jiān)測信息融合和自適應處理，采用過程控制和特征檢測方法，實現(xiàn)智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設計，但傳統(tǒng)方法進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控的自適應性不好，自動控制能力不強。對此，采用集成DSP方法，設計一種新的智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)建立在集成DSP開發(fā)環(huán)境中，首先進行系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境描述和系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析，然后設計系統(tǒng)的硬件，使其模塊化，最后進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試分析，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設計構(gòu)架和功能模塊分析

1.1 系統(tǒng)的總體設計構(gòu)架

為了實現(xiàn)智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設計，采用集成DSP的嵌入式設計技術，進行智能酒庫貯酒系統(tǒng)的可編程邏輯控制研究，制定出智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的總體開發(fā)設計方案，設計的智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)主要包括硬件設計和控制器設計兩大部分，對智能酒庫貯酒中心微機自動監(jiān)測的基礎是酒庫貯酒中心微機智能監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)設計和連通性測試[3]。采用ZigBee組網(wǎng)傳感技術，進行智能酒庫貯酒中心微機智能監(jiān)控過程中的信息采集和傳輸控制設計，建立智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制模塊。采用Multigen Creator軟件進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)設計，設置電源狀態(tài)監(jiān)控器，對酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的輸入能量進行管理。在操作系統(tǒng)層和應用軟件層分別配置MCU控制單元構(gòu)建主控電路[4]，系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)分為智能監(jiān)測信息采集模塊、總線輸出轉(zhuǎn)換模塊、程序加載模塊、指令收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊、總線調(diào)度模塊、人機交互模塊和接口模塊等，得到系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

在程序交叉編譯控制的基礎上，進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的硬件模塊化，對酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息安全基線進行模糊配置。采用總線接口程序采集信息，設計回路節(jié)點的接口，回路節(jié)點分布如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的回路節(jié)點分布

1.2 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境描述和功能模塊分析

在上述進行了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計的基礎上，進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境分析和功能模塊分析。采用專用讀寫器芯片進行酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的智能存儲控制，構(gòu)建多模傳感器終端協(xié)議，完成酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息調(diào)度和安全基線配置，結(jié)合UHF RFID進行酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的模擬組件構(gòu)建。在Multigen Creator3.2開發(fā)環(huán)境下，實施智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)和模塊設計，中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊主要包括CPU模塊、測量模塊、交-直變換電路模塊、打印機模塊、人機對話模塊等[5]。采用220 V交流與220 V、110 V直流輸出作為系統(tǒng)的供電輸入，對在系統(tǒng)斷路器中的分、合閘操作實現(xiàn)中斷設計，設置酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的輸出電源，實現(xiàn)蜂鳴與燈光的智能報警，系統(tǒng)的斷路器檢測裝置功能模塊組成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的斷路器檢測裝置功能模塊組成

根據(jù)圖3的功能模塊結(jié)構(gòu)，實施智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置，在系統(tǒng)的輸出終端，熱敏打印機可以快速、清晰、方便的打印監(jiān)控結(jié)果，在輸出模塊設計指示燈進行信息顯示。在AV890移動智能終端設備中進行智能酒庫貯酒中心微機智能系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)采集[6]，并通過傳感器上傳到統(tǒng)一提供的接口中，構(gòu)建驅(qū)動電路和控制器進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息輸出轉(zhuǎn)換控制，得到系統(tǒng)的硬件配置如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的硬件配置結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

在上述智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計，對系統(tǒng)模塊化硬件進行實現(xiàn)。采用集成DSP方法，設計智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的硬件模塊，包括智能監(jiān)測信息采集模塊、總線輸出轉(zhuǎn)換模塊、程序加載模塊、指令收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊、總線調(diào)度模塊、人機交互模塊和接口模塊等[7]，對各個模塊設計描述如下：

（1）信息采集模塊。信息采集模塊作為系統(tǒng)的信息采集單元，分為微機集散電子監(jiān)控的信息濾波器、輸出功率放大、FPGA集成控制等。采用傳感器進行微機集散電子監(jiān)控的信息采集，對采樣的主機控制信號通過壓控振蕩器實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)換控制，采用Nordic公司的nRF905、nRF9E5作為微機集散電子監(jiān)控的程控放大器，選用R1000、R2000實現(xiàn)酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的基線配置和斷開操作，用ADI公司的ADSP21160處理器系統(tǒng)作為集成總線。采用RS5485總線傳輸控制方法進行酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集[8]，得到信息采集模塊的電路圖如圖5所示。

圖5 信息采集模塊設計

（2）總線輸出轉(zhuǎn)換模塊。總線輸出轉(zhuǎn)換模塊采用ADSP-BF561(以下簡稱BF561)處理器進行酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控的總線輸出轉(zhuǎn)換控制，在集成電路模型中，D/A模塊實現(xiàn)對電子監(jiān)控系統(tǒng)的總線收發(fā)。采用分散的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器進行酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的DMA控制器設計[9]，總線輸出轉(zhuǎn)換模塊設計如圖6所示。

圖6 總線轉(zhuǎn)換輸出模塊

（3）程序加載模塊。程序加載模塊實現(xiàn)對監(jiān)控指令的加載和程序輸出控制功能。通過工業(yè)標準級的六線同步串口實現(xiàn)智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的PCI總線設計和信息調(diào)度，建立GPRS邏輯信道，通過附加總線實現(xiàn)酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)信息安全基線配置和程序加載核查[10]。采用分散的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器進行程序加載過程中的程序讀寫和AD轉(zhuǎn)換控制，得到程序加載模塊設計如圖7所示。

圖7 程序加載模塊設計

（4）人機交互模塊和接口模塊。人機交互模塊和接口模塊設計在輸出端口，采用ISA/EISA/Micro Channel擴充總線進行智能酒庫貯酒中心微機自動監(jiān)控過程的人機交互設計，在嵌入式環(huán)境中設計CPU模塊、測量模塊、交-直變換電路模塊實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的輸出調(diào)試和人機交互控制，使用T9871芯片和C4974芯片獲取智能酒庫貯酒中心微機的監(jiān)控信息，用AD/DA轉(zhuǎn)換器進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的脈沖信息采集轉(zhuǎn)換[11]，分集交互的集成控制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表見表1。

表1 集成控制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

在人機交互模塊的終端與PPI接口相連，采用物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的RFID標簽識讀器進行總線輸出尋址，得到人機交互模塊的硬件設計結(jié)果[12]，綜上所述，得到本文設計的智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的集成電路如圖8所示。

3 實驗測試分析

圖8 系統(tǒng)集成電路設計

為了驗證智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，進行實驗測試，調(diào)制過程中采用4線SPI方式與外部總線控制技術進行智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控中的指令加載，高速A/D時鐘采樣頻率為200 KHz，中心微機集散電子監(jiān)控系統(tǒng)輸入直流信號在1.5～2.5V之間，系統(tǒng)調(diào)試的現(xiàn)場實景圖如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場圖

根據(jù)調(diào)試結(jié)果，將+12 V測試電壓加在端子的兩端，選用了PCF8563時鐘芯片和AT24C512存儲器進行輸出控制，測試輸出性能曲線，得到結(jié)果如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)的輸出電壓曲線

分析圖10得知，設計的系統(tǒng)模擬輸出范圍為0至10 VDD，閉環(huán)增益45 V，滿足設計指標要求，具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)語

本研究針對智能酒庫貯酒中心微機的監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建作了系列的闡述，采用嵌入式的微機管理技術和集成信息處理技術是可行的，可實現(xiàn)對智能酒庫貯酒中心微機集散電子監(jiān)控的設計。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)分為智能監(jiān)測信息采集模塊、總線輸出轉(zhuǎn)換模塊、程序加載模塊、指令收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊等。人機交互模塊的終端與PPI接口相連，采用物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的RFID標簽識讀器進行總線輸出尋址，完成總線傳輸控制和系統(tǒng)的集成。實驗驗證得知，設計的系統(tǒng)輸出增益較大，穩(wěn)定性較好。