基于S3C44BOX的智能型煙葉烘烤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郎 朗

（重慶三峽職業(yè)學(xué)院，重慶 404100）

本論文旨在建立智能、高效及實(shí)用性強(qiáng)的烤煙系統(tǒng)。至此我們選用以嵌入式μClinux操作系統(tǒng)，S3C44BOX（一款以ARM7TDMI為內(nèi)核的16/32位RISC架構(gòu)微處理器）為處理器的主控制器。依據(jù)“三段式”烤煙技術(shù)提出了自動化煙葉初烤解決方案。經(jīng)過實(shí)際調(diào)研，我們采用主控制器與終端控制器之間的通信模式，實(shí)現(xiàn)控制實(shí)際終端，執(zhí)行溫濕度（烤房的）采集、控制排濕窗的開度以及電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。依據(jù)實(shí)際返回的數(shù)據(jù)，主控制器發(fā)出指令，對烤房里的排濕窗，電機(jī)進(jìn)行動作調(diào)整。從而達(dá)到烘烤的煙葉顏色好、含水量適中、香味宜人、口感好的煙葉。

近年來，我國以“計(jì)劃種植，落實(shí)政策、穩(wěn)定面積、提高質(zhì)量”的指導(dǎo)方針來指導(dǎo)煙葉生產(chǎn)，在煙葉種植方面的水平得到大幅提高。不過，我國烤煙與發(fā)達(dá)國家烤煙相比仍然有較大的差距，因?yàn)闆Q定煙葉最終質(zhì)量和可用性的一個重要環(huán)節(jié)是煙葉的烘烤。本文介紹的智能型煙葉烘烤系統(tǒng)能保證煙葉的順利烘烤，并保證烤煙過程正常，可靠，烤煙效果良好。

整個系統(tǒng)的硬件構(gòu)架由兩部分組成：主控制器，終端控制器。系統(tǒng)總體硬件構(gòu)架如圖2-2所示。

整個系統(tǒng)的核心部分是主控制器。主控制器定時循環(huán)向終端控制模塊發(fā)出溫濕度采集命令，根據(jù)溫濕度，結(jié)合烘烤算法，向終端控制模塊發(fā)送控制烤房排濕窗直流電機(jī)、爐膛鼓風(fēng)機(jī)繼電器的命令，主控制器記錄終端控制模塊返回的溫濕度數(shù)據(jù)，并把溫濕度數(shù)值及電機(jī)狀態(tài)有組織地顯示在主控制器LCD面板上。主控制器在烤煙過程中，綜合地控制機(jī)房排濕窗、爐膛鼓風(fēng)機(jī)、達(dá)到烤煙過程所要求的穩(wěn)溫、升溫、排濕的作用。

圖2-2

主控制器硬件構(gòu)成由微控制器及存貯器子系統(tǒng)、顯示模塊、觸摸屏輸入模塊、電源系統(tǒng)、串口模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊以及其他輔助電路等構(gòu)成。CPU采用三星公司生產(chǎn)的ARM7TDMI架構(gòu)的S3C44BOX，該CPU在ARM7TDMI內(nèi)容基礎(chǔ)上擴(kuò)展一系列完整的通用外圍器件，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中硬件的成本，比較適合手持式設(shè)備和普通嵌入式系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用。

終端控制器端控制器采用單片機(jī)系統(tǒng)，用于控制直流電機(jī)，排濕窗電機(jī)開度及采集溫濕度傳感器。

終端控制器根據(jù)主控制器下達(dá)的命令，對所控的設(shè)備進(jìn)行控制或返回所控設(shè)備的狀態(tài)給主控制器。終端控制器由終端控制CPU，設(shè)備狀態(tài)檢測，傳感器以及終端電機(jī)構(gòu)成。

烤煙系統(tǒng)中將每個終端控制器設(shè)定唯一的地址編碼，地址編碼的位數(shù)n最大為8位。其中地址位全為O的地址（O地址）和地址位全為1的地址（2n-1地址）作為系統(tǒng)中的保留的特定地址，O地址作為系統(tǒng)中的廣播地址，全1地址做為主控制器的地址。因此一個控制器系統(tǒng)中的控制總線上最多可接入254個終端控制器。

控制器系統(tǒng)中的主控制器與終端控制器之間通過控制總線進(jìn)行通訊，同時主控制器通過控制總線為終端控制器提供直流工作電壓（+24V）。交流電機(jī)就地取用交流電。

主控制器與終端控制器之間通過MODBUS協(xié)議進(jìn)行通信。

本系統(tǒng)在軟件環(huán)境方面為方便用戶操作，利用MiniGUI開發(fā)了用戶界面。MiniGUI是開源Linux的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，經(jīng)過多年的發(fā)展，MiniGUI發(fā)展成為成熟的、功能豐富的跨操作系統(tǒng)的嵌入式圖形界面支持系統(tǒng)。MiniGUI的特色之一是“小”，廣泛應(yīng)用于通訊、醫(yī)療、電子、機(jī)頂盒等領(lǐng)域。目前，MiniGUI的最新版本為MiniGUI3.O。

MiniGUI為嵌入式Linux系統(tǒng)提供了豐富圖形系統(tǒng)支持。MiniGUI為嵌入式Linux系統(tǒng)提供了完全的多進(jìn)程支持；支持MiniGUI-Processes、MiniGUI-Threads或者M(jìn)iniGUI-Standalone三種運(yùn)行模式運(yùn)行。

主控制器軟件由上電自檢，命令處理，信息顯示，觸摸屏輸入等部分組成。

（1）上電自檢

主控制器通電，對各個硬件設(shè)備以及總線的通訊線路工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，在硬件工作正常的情況下，主控制器依據(jù)設(shè)定的烤房的數(shù)量，被控設(shè)備的類型及數(shù)量，進(jìn)行初始通信，檢測總線到各個終端控制器的通訊線路以及各個終端控制器的工作是否正常。自檢過程及結(jié)果在LCD屏上顯示。

（2）命令處理

命令處理是終端控制器對主控制器系統(tǒng)發(fā)送到控制器系統(tǒng)中的命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，通訊端口（RS485）傳來命令都要保持以備查詢。如果存貯空間緊張，采用保持最關(guān)鍵的命令或保持最后發(fā)來的的命令的方式。

（3）信息顯示

信息顯示：要根據(jù)工作的烤房數(shù)量、各個烤房中溫濕度及信息的重要性，合理安排信息顯示在LCD顯示屏上的位置、時間及顯示方式。

顯示的信息要直觀、易懂。開度轉(zhuǎn)換成百分比，濕球溫度轉(zhuǎn)換成相對濕度，轉(zhuǎn)速可以在功率百分比或?qū)嶋H轉(zhuǎn)速之間進(jìn)行選擇顯示。

（4）觸摸屏輸入

觸摸屏輸入部分用于檢測用戶輸入動作，解釋相應(yīng)的鍵值并執(zhí)行相應(yīng)的操作。通過觸摸屏輸入，用戶在現(xiàn)場可以手動控制各烤房內(nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)、環(huán)境的溫濕度、排濕窗開度、電機(jī)轉(zhuǎn)速等。

終端控制器軟件功能：檢測并提取控制總線上的通訊信息，在檢測到有主控制器發(fā)向終端控制器的命令（與本終端控制器地址編碼比較）時，執(zhí)行相應(yīng)命令的動作（采集溫濕度或執(zhí)行相應(yīng)的控制動作）。待其完成操作后，CPU進(jìn)入睡眠狀態(tài)，等待下一條命令。

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