基于COsⅡ的遠(yuǎn)程機(jī)電測(cè)控系統(tǒng)研究

湖北工業(yè)大學(xué) 葉飛

湖北工業(yè)大學(xué) 葉飛

針對(duì)目前大多數(shù)機(jī)電、壓力控制系統(tǒng)仍存在體積龐大、造價(jià)高、加熱效率不理想、控制精度往往不能滿足要求等缺點(diǎn),本文嘗試基于以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的概念,實(shí)現(xiàn)一個(gè)機(jī)電遠(yuǎn)程分布式測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由上位機(jī)和多個(gè)具有以太網(wǎng)接口的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元組成。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元的設(shè)計(jì)包含輸入輸出通道、以太網(wǎng)接口,并嵌入了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)c/Os-Ⅱ和 TCP/IP協(xié)議。測(cè)控單元首先采集機(jī)電和壓力數(shù)據(jù),通過(guò)以太網(wǎng)傳送到作為上位機(jī)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī),而上位機(jī)依據(jù)上傳的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)參數(shù)FUZZY-PID控制算法,然后將所獲得的控制數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)下傳給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元執(zhí)行,從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)電和壓力的遠(yuǎn)程測(cè)控。

遠(yuǎn)程；機(jī)電測(cè)控；系統(tǒng)；研究

21世紀(jì)是信息經(jīng)濟(jì)的時(shí)代,網(wǎng)絡(luò)成為各項(xiàng)信息交流的熱門(mén)手段。工業(yè)以太網(wǎng)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為工業(yè)控制領(lǐng)域公認(rèn)的21世紀(jì)控制網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案。目前,基于以太網(wǎng)的工業(yè)控制系統(tǒng)正逐漸替代現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線式控制系統(tǒng),應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域。

今天，嵌入式系統(tǒng)已滲透到日常生活的方方面面，帶來(lái)的工業(yè)年產(chǎn)值已超過(guò)1萬(wàn)億美元，在工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，而機(jī)電控制是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用，采用嵌入式的機(jī)器人、SONY機(jī)器狗及1997年美國(guó)發(fā)射的“索納杰”火星車(chē)就是經(jīng)典的實(shí)例。就嵌入式系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)所采用的主流軟件平臺(tái)、硬件平臺(tái)作詳細(xì)的介紹，并通過(guò)Stewart平臺(tái)專用伺服控制器的設(shè)計(jì)，介紹了嵌入式技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及具體實(shí)現(xiàn)。隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高，一旦某些重要設(shè)施供電系統(tǒng)突然發(fā)生故障而中斷供電，將會(huì)破壞社會(huì)的正常秩序，甚至造成重大的政治影響和經(jīng)濟(jì)損失。然而，電力故障突發(fā)性強(qiáng)，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(shí)由備用電源供電。應(yīng)急電源又稱 EPS（Emergency Power System）具有下述優(yōu)點(diǎn)：（1）電網(wǎng)有電時(shí)，處于靜態(tài)，無(wú)噪音；供電時(shí)，噪音小于60dB。不需排煙和防震處理，具有節(jié)能、無(wú)公害、無(wú)火災(zāi)隱患的特點(diǎn)；（2）自動(dòng)切換，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，電網(wǎng)供電與EPS電源供電相互切換時(shí)間均為0.1～0.25 s；（3）帶載能力強(qiáng)，EPS適應(yīng)于電感性、電容性及綜合性負(fù)載的設(shè)備，如電梯、水泵、風(fēng)機(jī)辦公自動(dòng)化設(shè)備、應(yīng)急照明等；（4）使用可靠。主機(jī)壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上；（5）適應(yīng)惡劣環(huán)境。可放置于地下室或配電室，也可緊靠應(yīng)急負(fù)荷使用場(chǎng)所就地設(shè)置以減少供電線路。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)具有微內(nèi)核、系統(tǒng)精簡(jiǎn)、高實(shí)時(shí)性、專用性強(qiáng)等特點(diǎn),因此非常適合應(yīng)用于機(jī)電控制系統(tǒng)。有別于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)由嵌入式微處理器/微控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出(I/O)和軟件組成,這里的軟件是指基于RTOS開(kāi)發(fā)且和RTOS密切結(jié)合的應(yīng)用軟件。這種操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件緊密結(jié)合為一體正是嵌入式系統(tǒng)和基于Windows應(yīng)用系統(tǒng)的主要差別所在,也是其可靠性和實(shí)時(shí)性的重要保證。

Stewart平臺(tái)是6腿(桿)機(jī)械手，在大射電望遠(yuǎn)鏡指向跟蹤系統(tǒng)中是利用Stewart平臺(tái)作饋源艙的精調(diào)子系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中要求Stewart平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度、高實(shí)時(shí)性運(yùn)動(dòng)，其控制精度直接決定著饋源的定位精度，而且對(duì)Stewart平臺(tái)控制器的可靠性、體積都有較高的要求。

Stewart平臺(tái)控制系統(tǒng)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(chǔ)器：系統(tǒng)配以2MBSDRAM，1MB線性FlashROM用于存儲(chǔ)RTOS和應(yīng)用軟件。

(2)編碼器接口：設(shè)計(jì)6路獨(dú)立編碼器接口，包括脈沖細(xì)分邏輯和辨向電路。

嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用已成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，采用嵌入式系統(tǒng)的機(jī)電控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在可靠性、體積、功耗、性價(jià)比等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，相信不久的將來(lái)嵌入式系統(tǒng)會(huì)廣泛應(yīng)用于各類機(jī)電控制中，并能取得更好的控制效果和更好的系統(tǒng)綜合性能C/OS-IIRTOS是當(dāng)今嵌入式應(yīng)用的熱點(diǎn)之一,應(yīng)用RTOS提高了測(cè)控系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性,降低了研發(fā)周期。本文基于C/OSII構(gòu)建的測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用在漯河農(nóng)業(yè)局2 000萬(wàn)kg紅薯儲(chǔ)藏保鮮工程項(xiàng)目中,完全達(dá)到了設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)：溫度（10～14℃）±0.5℃，濕度（80%～95%）RH±2%,氧濃度≮4.5%。降低了紅薯因?yàn)闇囟取穸?、氧濃度不正常造成的變質(zhì),完好率100%,與不使用本系統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)對(duì)比減少損耗25%,約500萬(wàn)kg,直接經(jīng)濟(jì)效益500多萬(wàn)元,同時(shí)也取得了較好的社會(huì)效益。

[1]期刊論文.數(shù)字無(wú)線通信模塊的應(yīng)用(1)-無(wú)線車(chē)輛報(bào)警系統(tǒng).電子工程師，2000,26(8).

[2]學(xué)位論文.基于無(wú)線通信模塊的綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺(tái)研究.2005.

[3]期刊論文.SMS短信息在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用.福建電腦2007(10).

[4]期刊論文.SMS在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用-自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用.2005,24(8).

2017-10-10）