μC/OS-II在智能電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

程和俠

(安慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院安徽省智能感知與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽安慶246133)

μC/OS-II在智能電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

程和俠

(安慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院安徽省智能感知與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽安慶246133)

采用PIC18單片機(jī)作為智能電梯控制系統(tǒng)的微控制器、多任務(wù)可剪切的嵌入式μC/OS-II作為操作系統(tǒng)，使得智能電梯可以使用高級語言編制控制系統(tǒng)的控制程序，在應(yīng)用更新和功能擴(kuò)展時(shí)，可以不用重新設(shè)計(jì)代碼，從而比較方便地在原有系統(tǒng)上增加新的功能和需求。另外利用軟件代替了部分硬件的功能，大幅度降低了產(chǎn)品的成本。

智能電梯；PIC18；μC/OS-II；電梯控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)采用繼電器進(jìn)行控制，但是繼電器控制只能實(shí)現(xiàn)一些簡單的邏輯功能。PLC是以微處理器為核心、集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的自動(dòng)控制裝置[1]。在智能電梯系統(tǒng)中，將PLC用于通訊連接觸摸屏、控制變頻器。基于PLC設(shè)計(jì)的智能電梯系統(tǒng)具有功能多、體積小、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，便于安裝調(diào)試和維修。

本文采用PIC18微處理器作為智能電梯的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的智能化控制。PIC18微處理器具有良好的穩(wěn)定性和移植性，內(nèi)部集成了眾多的外圍器件，可以選用多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II，甚至可以使用高級語言編制控制程序，應(yīng)用更新和功能擴(kuò)展時(shí)，可以不用重新設(shè)計(jì)代碼，降低更新成本，在強(qiáng)驅(qū)動(dòng)智能電梯系統(tǒng)中具有很好的擴(kuò)展性和可靠性[2]。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟

為了實(shí)現(xiàn)智能電梯系統(tǒng)的控制要求，并且保證系統(tǒng)的安全可靠性，方便系統(tǒng)完善和改進(jìn)[3]，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)需遵循以下基本原則：

（1）第一要?jiǎng)?wù)是滿足控制要求；

（2）設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，操作簡單，方便人機(jī)交互；

（3）保證控制系統(tǒng)安全、可靠；

（4）提供一定的擴(kuò)展機(jī)制，方便系統(tǒng)增加功能和改進(jìn)。

在智能電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，業(yè)界一般都遵循控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，整體分為6大步[4]。

（1）分析智能電梯系統(tǒng)的生產(chǎn)流程，明確智能電梯控制系統(tǒng)的控制要求。

（2）確定控制方案。計(jì)算控制系統(tǒng)對控制器的配置要求和輸入輸出接點(diǎn)數(shù)，確定控制方案。

（3）選擇可編程控制器機(jī)型。根據(jù)系統(tǒng)配置要求，選擇PLC類型。

（4）硬軟件設(shè)計(jì)。智能電梯的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括控制器的輸入輸出原理圖、控制器的供電系統(tǒng)圖、選擇輸入輸出元器件等[5]。軟件選擇多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II。

（5）總裝調(diào)試。把編制好的程序?qū)懭肟刂破?，并進(jìn)行在線調(diào)試。

（6）編制技術(shù)說明書。

2 智能電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

智能電梯控制系統(tǒng)的硬件同計(jì)算機(jī)的組成很相似，都是由微處理器單元、存儲器、輸入/輸出單元、電源單元及外圍設(shè)備等組成，不過同一般計(jì)算機(jī)的區(qū)別在于需要自行規(guī)劃和設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)[6]。硬件設(shè)計(jì)主要包括：

（1）設(shè)計(jì)外圍電路和主電路。硬件電路可分為主電路和輔助電路，分工驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備工作。主電路采用常規(guī)低電壓電機(jī)，輔助電路利用開關(guān)和PLC器件控制主電路中各接觸器、繼電器，同主電路一起提供整個(gè)系統(tǒng)電力。本系統(tǒng)主要由單片機(jī)PIC18控制外圍器件。外圍器件的控制電壓采用標(biāo)準(zhǔn)的24 V電壓，而PIC單片機(jī)工作的電壓一般是不超過5V，設(shè)計(jì)中采用了輸入和輸出電路中添加放大器OP，實(shí)現(xiàn)24V與5V電壓的轉(zhuǎn)換，可以有效解決實(shí)際問題。

（2）確定安排PLC的輸入、輸出點(diǎn)。PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)量一般根據(jù)樓層來計(jì)算。

（3）選購PLC并進(jìn)行現(xiàn)場安裝、接線等。

3 智能電梯控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本文采用PIC18微處理器作為智能電梯的控制系統(tǒng)，軟件使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II，這樣可以方便程序人員利用高級語言編制智能電梯控制程序?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)工具采用MAPLAB，MAPLAB集成了C語言編譯器PICC，PICC不僅支持函數(shù)重入，還支持匯編語言與C/C++語言混合編程。在項(xiàng)目代碼中，直接使用匯編程序操作和控制PIC18微處理器的底層寄存器，比如開啟和關(guān)閉中斷以及入棧和出棧等操作。PIC18微處理器支持軟件中斷、定時(shí)中斷和外部硬件中斷，程序存儲區(qū)在10 K以上，RAM也在1 K以上，滿足了μC/OS-II的要求[7-8]。因此μC/OS-II也比較適合移植到PIC18系列的微控制器上。

3.1 μC/OS-II移植

μC/OS-II是一種免費(fèi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以方便地利用它控制微控制器進(jìn)行嵌入式應(yīng)用開發(fā)，但是μC/OS-II不像其他實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，不是簡單地提供API函數(shù)接口，還需程序員修改和配置系統(tǒng)及其參數(shù)。

要使μC/OS-II正常運(yùn)行，要滿足下面的要求：

（1）微處理器支持可重入函數(shù)；

（2）使用高級語言就可實(shí)現(xiàn)開、關(guān)中斷或嵌入?yún)R編實(shí)現(xiàn)開、關(guān)中斷；

（3）支持中斷，能定時(shí)中斷；

（4）支持硬件堆棧進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲；

（5）讀取堆?；騼?nèi)存中的指令。

μC/OS-II功能比較復(fù)雜，為了滿足控制系統(tǒng)的要求，還必須進(jìn)行相應(yīng)的移植。系統(tǒng)移植包括以下幾個(gè)部分。

（1）設(shè)置與編譯器有關(guān)的代碼

此部分需要修改OS_CPU.H文件中的代碼。不同的平臺和編譯器有不同的長度類型定義，為了確保移植的準(zhǔn)確性，需要在OS_CPU.H中修改字長。在μC/OS-II中，不使用平臺或編譯器有關(guān)的數(shù)據(jù)類型。下面給在PIC18F移植所要求的數(shù)據(jù)：

（2）對臨界代碼處理，采用軟件中斷的方式來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)提供3種方式，本系統(tǒng)采用寄存器INTCON來控制。

（3）任務(wù)堆棧的增長方向，統(tǒng)一采用從低地址向高地址方向進(jìn)行擴(kuò)展。

（4）任務(wù)切換函數(shù)OS_TASK_SW()。μC/OS-II是一個(gè)可剝奪的任務(wù)管理，當(dāng)某一個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級較高，而占據(jù)微處理器控制權(quán)的任務(wù)優(yōu)先級較低，當(dāng)前任務(wù)對微處理器的控制權(quán)就會被剝奪，高優(yōu)先級的任務(wù)就可以獲取當(dāng)前的微處理器的使用權(quán)，具體是通過函數(shù)OS_TASK_SW()來實(shí)現(xiàn)。

（5）C18編譯器的啟動(dòng)文件c018i.c。啟動(dòng)文件放置在復(fù)位向量處，是初始化軟件棧以及一些具有初始化值的變量，啟動(dòng)用戶自定義的main函數(shù)，并且循環(huán)執(zhí)行main函數(shù)。

系統(tǒng)的移植重點(diǎn)集中在與處理器相關(guān)的任務(wù)切換的實(shí)現(xiàn)上。這部分代碼與具體的硬件聯(lián)系，大部分是匯編實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用μC/OS-II V2.86版本進(jìn)行移植。

3.2 系統(tǒng)控制功能設(shè)計(jì)

根據(jù)智能電梯的工作原理、功能要求以及輸入/輸出點(diǎn)的地址分配表，來設(shè)計(jì)智能電梯的程序流程。主要流程及功能包括初始化、指層控制、開關(guān)門控制、停召喚指示與標(biāo)記控制、電梯上下行選擇與指示控制、電梯的運(yùn)行控制與調(diào)試、組合調(diào)試。

4 結(jié)束語

μC/OS-II很容易實(shí)現(xiàn)串行通信、智能化管理、變頻調(diào)速等技術(shù)，本文采用軟件代替部分硬件功能，就是為了降低系統(tǒng)成本。通過高級語言的精確控制還提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)智能化控制電梯。

[1]萬健如,鄧旋,林志強(qiáng),等.PLC在電梯位移控制中的應(yīng)用[J].電梯工業(yè)，2006，31（1）：33-35.

[2]張計(jì)科.基于PLC電梯模型控制策略設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2007，20（2）：64-65.

[3]陸焱琦.基于三菱PLC的四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（1）：155-155.

[4]LIU Bingguo.Research on the drunk driving intelligent test system based onμC/OS-II[J].App lied Mechanics&Materials，2014，539: 538-54.

[5]MARWALIM N,JUNG JW,KEYHANIA.Stability analysis of load sharing control for distributed generation systems[J].IEEE Transactionson Energy Conversion，2007，22（3）：737-745.

[6]GUO L,HAIAOWU.Design and implementation ofautomobileair conditioning system based on atmega16[J].Journalof Changchun Universityof Science&Technology，2007，30（3）：77-80.

[7]LIN X.A study on control system design based on ARM sea target search system[C].MATEC Web of Conferences，EDP Sciences，2015，22：01008.DOI：10.1051/matecconf/20152201008.

[8]李玉剛.嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II在ARM上的移植研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010，26（23）：97-98.

μC/OS-II in the Intelligent Elevator Control System Application

CHENGHe-xia
（Anhui Key Laboratory of Intelligent Sensing and Computing，Department of Computers，Anqing Normal University，Anqing，Anhui246133，China）

In this paper,we use the PIC18microcontroller as the intelligentelevator control system and usemulti-tasking embedded operating systemμCOS-II.The high-level language can prepare the elevator control system.When the application updates or extends,you can’t re-design the code,so that the original system is more convenient to add new features and requirements.In addition,using software instead of hardware,the costare greatly reduced.

intelligentelevator；PIC18；μC/OS-II；elevator control system

TP27

A

1007-4260(2016)04-0066-03

時(shí)間：2017-1-3 17:19

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20170103.1719.018.html

2016-04-12

安徽省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2007A124ZC)。

程和俠，男，安徽懷寧人，碩士，安慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院副教授，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)。

E-mail:gchxcn@126.com

10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.04.018