RTOS在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

相鐵武

摘要：本文介紹了RTOS在微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中所發(fā)揮出的作用。這項(xiàng)控制系統(tǒng)在對(duì)事物的處理過(guò)程中呈現(xiàn)出比較復(fù)雜，能夠當(dāng)下反應(yīng)出問(wèn)題，提供給了人們的依靠性能更強(qiáng)的系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)這一內(nèi)容的使用能夠有效地提升開(kāi)發(fā)的工作效率。

關(guān)鍵詞：RTOS 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī);控制系統(tǒng);應(yīng)用分析

0? 引言

通過(guò)這幾年的發(fā)展情況看來(lái)，微型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在無(wú)人機(jī)和航模工作過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重大的作用。與之前所采用的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，能夠發(fā)揮出更大的推動(dòng)能力，使得它們的運(yùn)行速度得到提升。因此，研制的微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在各種領(lǐng)域都有著深遠(yuǎn)的意義。從當(dāng)前的整體情況看來(lái)，美國(guó)、丹麥等一些發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)有著非常成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用到了航模和無(wú)人機(jī)的操作上。但是，從國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況看來(lái)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)本身以及其它的控制系統(tǒng)的研究時(shí)間都比較短，對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)都是一種新型的領(lǐng)域內(nèi)容，因此，需要加強(qiáng)對(duì)這方面內(nèi)容的研究，促進(jìn)我國(guó)這項(xiàng)內(nèi)容當(dāng)中的發(fā)展。

針對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)出了一套完整的控制系統(tǒng)。這項(xiàng)控制系統(tǒng)以處理器作為核心的內(nèi)容，將各種處理器集合在一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，所形成的整個(gè)系統(tǒng)具有著體積較小，整個(gè)設(shè)備重量較輕的特征，能夠?yàn)檎麄€(gè)主控系統(tǒng)和在地面的設(shè)備檢測(cè)口進(jìn)行相連接，具有著完善的功能結(jié)構(gòu)。

控制技術(shù)接受的內(nèi)容是來(lái)自遙控接收機(jī)所接受到的信息，經(jīng)過(guò)一系列形式的處理，驅(qū)動(dòng)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)完成發(fā)動(dòng)任務(wù)，并通過(guò)信息處理來(lái)控制狀態(tài)指示燈的關(guān)閉或開(kāi)啟，以此來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。這項(xiàng)系統(tǒng)能夠有效地幫助調(diào)整發(fā)動(dòng)基本上性能，將發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中所呈現(xiàn)的性能發(fā)送到顯示器當(dāng)中，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)容觀察到發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。

結(jié)合以上所說(shuō)的內(nèi)容，控制器需要處理多方面的內(nèi)容，各種事物之間所存在的關(guān)系比較緊密，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的了解，在工作過(guò)程中，具有一定的可靠性，因此，使用這種內(nèi)核能夠有效的提升工作過(guò)程中的效率。

1? RTOS在51上的移植

RTOS這項(xiàng)內(nèi)容是針對(duì)于中低檔單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，它能夠有效地嵌入到操作系統(tǒng)當(dāng)中。它包含有三種可同時(shí)操作的調(diào)整策略，對(duì)于任務(wù)的管理性能能夠很好的完成。同時(shí)它還具有定時(shí)性，延時(shí)性等服務(wù)，支持信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換和保護(hù)，提供多種信號(hào)同步對(duì)象，支持中斷管理機(jī)制。

由于51單片機(jī)內(nèi)核上所具有的問(wèn)題，51編譯器為了能夠優(yōu)化代碼的結(jié)構(gòu)采用了一些獨(dú)特的方式，與普通的變異體具有很大的差別。所以與其他硬件進(jìn)行比較，在對(duì)其進(jìn)行移植是需要進(jìn)行多次更改。主要包含如下幾點(diǎn)內(nèi)容：

51編譯器不僅具有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的類(lèi)型，還具有保存的功能，所以增添了一種修飾內(nèi)容。

51編譯器還能根據(jù)默認(rèn)情況裝備能進(jìn)行分配的內(nèi)容進(jìn)行臨時(shí)的分配策略，所以有些系統(tǒng)當(dāng)中的函數(shù)內(nèi)容不能進(jìn)入到該硬件，需要添加一些必要的函數(shù)來(lái)強(qiáng)迫整個(gè)編譯器進(jìn)行工作。

除了一些基本的進(jìn)棧退棧任務(wù)之外，51編譯器在軟件上已經(jīng)完成了模擬棧的情況，所以需要增加一層對(duì)模擬棧的保護(hù)。

一般對(duì)RTOS進(jìn)行使用時(shí)都需要根據(jù)具體的應(yīng)用內(nèi)容來(lái)設(shè)定相應(yīng)的內(nèi)核條件。在這一系統(tǒng)當(dāng)中，我們你優(yōu)先級(jí)的搶占方式來(lái)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)配，發(fā)揮了多種信息庫(kù)的內(nèi)容，采用了更多的函數(shù)系統(tǒng)來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的配置。

2? 硬件結(jié)構(gòu)

對(duì)于轉(zhuǎn)速的測(cè)量模塊是利用紅外線對(duì)管來(lái)完成的。發(fā)動(dòng)機(jī)上有一個(gè)通孔，在安裝時(shí)會(huì)將接受發(fā)送的裝置通過(guò)這一孔洞。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，會(huì)出現(xiàn)有兩次的接收管導(dǎo)通。由于這一狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，并且由于紅外線管開(kāi)關(guān)的速度較低，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使整個(gè)接收管輸出的脈沖發(fā)生很小的變化，導(dǎo)致單機(jī)片不能進(jìn)行準(zhǔn)確的辨別，需要對(duì)其進(jìn)行整理才能夠更好的完成這項(xiàng)任務(wù)。

對(duì)于溫度進(jìn)行測(cè)量的版塊是通過(guò)對(duì)尾噴管的溫度進(jìn)行測(cè)量來(lái)表示發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的。經(jīng)過(guò)相關(guān)的測(cè)試，尾噴管的溫度最高可以到達(dá)900攝氏度。通過(guò)對(duì)測(cè)量溫度范圍等內(nèi)容進(jìn)行的考慮，我們選取了一些熱電偶作為測(cè)量溫度的元件。因?yàn)閷?duì)溫度測(cè)量的精度要求并不高，所以利用熱敏電阻來(lái)完成對(duì)溫度的補(bǔ)償工作。

采用PWM的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)完成對(duì)中氣閥的控制，相關(guān)的裝備來(lái)完成對(duì)電機(jī)的伺服。在啟動(dòng)電機(jī)的過(guò)程當(dāng)中，所通過(guò)的電流會(huì)比較大，所以應(yīng)該應(yīng)用電阻較小的導(dǎo)體。這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中所采取的是兩片肖特基二極管并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)完成的。

3? 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)所要處理的內(nèi)容基本上分為三類(lèi)。

首先是控制類(lèi)，在一定的工作階段需要設(shè)定出一定的工作流程，在滿足基本條件下，還要滿足對(duì)特定條件的控制，同時(shí)還要控制各個(gè)機(jī)構(gòu)服從該內(nèi)容。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)超溫超速等特殊情況時(shí)，需要進(jìn)行自我的保護(hù)，防止出現(xiàn)內(nèi)核信息控制系統(tǒng)的錯(cuò)誤。

其次是人機(jī)接口類(lèi)，控制狀態(tài)指示燈關(guān)閉或者開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，要能正確顯示系統(tǒng)的整個(gè)工作狀態(tài)，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)告的情況。當(dāng)手持終端接入設(shè)備以后，要進(jìn)行對(duì)相關(guān)按鍵的響應(yīng)，使得整個(gè)系統(tǒng)工作過(guò)程中的參數(shù)內(nèi)容顯示在顯示器當(dāng)中。

最后是通訊系統(tǒng)，這項(xiàng)內(nèi)容能夠有效的完成自我的通訊任務(wù)。在對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置的過(guò)程中，要遵從相關(guān)的通訊協(xié)議。一方面，要以20毫秒為間隔時(shí)間，講整個(gè)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示在終端，方便工作人員的監(jiān)控。其次，要做到從輸入的數(shù)據(jù)當(dāng)中，尋找出正確的命令，將其傳遞給人機(jī)接口完成任務(wù)的處理工作。

這些內(nèi)容當(dāng)中控制任務(wù)說(shuō)出的地位最高，任務(wù)量較大，人機(jī)接口所接收的主任務(wù)量較少。

3.1 人機(jī)接口的主要任務(wù)

為了使整個(gè)系統(tǒng)加工作過(guò)程中具有一定的可靠性，人機(jī)接口的主要任務(wù)包含有測(cè)試和正常工作兩個(gè)部分，在開(kāi)機(jī)時(shí)，只要開(kāi)啟特定的按鍵或者因?yàn)橄到y(tǒng)自己檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)失敗時(shí)，就會(huì)進(jìn)入到測(cè)試模式當(dāng)中。這一內(nèi)容當(dāng)中包含有對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的測(cè)定和對(duì)各種服務(wù)機(jī)構(gòu)的權(quán)限檢測(cè)。這個(gè)過(guò)程當(dāng)中不會(huì)對(duì)控制任務(wù)發(fā)生激活，就是整個(gè)操作過(guò)程當(dāng)中發(fā)動(dòng)機(jī)不能處于開(kāi)啟狀態(tài)。正常的操作模式之下，主要的工作任務(wù)是將各種基本設(shè)備進(jìn)行檢查，但通過(guò)自我檢查過(guò)程時(shí)，整個(gè)控制任務(wù)才能夠被激活，這些內(nèi)容能夠有效地提升系統(tǒng)的可靠性。

通過(guò)按鍵輸入和液晶顯示的方式都是進(jìn)行周期性的操作，RTOS能夠提供給系統(tǒng)一個(gè)周期性的定時(shí)服務(wù)，人機(jī)借口主任務(wù)會(huì)通過(guò)一個(gè)設(shè)定時(shí)間的程序來(lái)設(shè)置一個(gè)50毫秒的鍵盤(pán)掃描儀，在時(shí)間間隔為100毫秒的情況下會(huì)完成顯示器的刷新，但定時(shí)所出現(xiàn)的時(shí)間到達(dá)時(shí)，會(huì)給任務(wù)發(fā)送出相關(guān)啟動(dòng)系統(tǒng)。在接收到啟動(dòng)任務(wù)之后，會(huì)利用鍵盤(pán)處理相關(guān)的函數(shù)，來(lái)完成信息的接收工作。

當(dāng)通訊任務(wù)的工作完成之后，要以消息的方式來(lái)通知主任務(wù)系統(tǒng)，其中的內(nèi)容么通過(guò)共享內(nèi)存的方式來(lái)完成傳遞過(guò)程。

3.2 控制任務(wù)

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)可以分為幾個(gè)階段，這些任務(wù)當(dāng)中任何一個(gè)階段出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)使整個(gè)任務(wù)狀態(tài)出現(xiàn)停止。

首先是待命階段，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)滿足于運(yùn)行的要求時(shí)，就會(huì)等待輸入的啟動(dòng)命令，來(lái)完成相應(yīng)的任務(wù)。

其次是點(diǎn)火階段，電機(jī)轉(zhuǎn)速在設(shè)定的范圍之內(nèi)，相關(guān)的氣閥會(huì)打開(kāi)，向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入相關(guān)的燃料，開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)今發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)燃后所噴射出來(lái)的尾氣溫度達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)燃成功。

著車(chē)階段，這一階段油泵開(kāi)始運(yùn)作，供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量越來(lái)越多，點(diǎn)火器等相關(guān)發(fā)動(dòng)裝置會(huì)相互關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始增加。當(dāng)溫度和速度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)認(rèn)為著車(chē)成功。

熱車(chē)階段。發(fā)動(dòng)機(jī)成功坐車(chē)之后，不能立刻進(jìn)行任務(wù)工作，需要在慢車(chē)的狀態(tài)下持續(xù)一段時(shí)間。

正常運(yùn)行階段。需要利用相關(guān)的控制系統(tǒng)來(lái)完成相關(guān)任務(wù)操作。

停車(chē)階段。這一時(shí)間段，油泵開(kāi)始停止運(yùn)作，電機(jī)的工作狀態(tài)會(huì)隨著溫度的變化進(jìn)行間歇性的工作，能夠有效幫助發(fā)動(dòng)機(jī)散出相關(guān)的熱量，節(jié)省更多的能源。

整個(gè)控制任務(wù)都比較簡(jiǎn)單，利用周期性的定時(shí)裝置來(lái)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算工作。同時(shí)要求其他的工作狀態(tài)都需要滿足設(shè)置的特定條件，對(duì)條件的判斷進(jìn)行延時(shí)查詢的方式進(jìn)行。

3.3 通訊任務(wù)

這項(xiàng)任務(wù)與一定的串口進(jìn)行關(guān)聯(lián)。為了能夠減小在軟件購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中的開(kāi)銷(xiāo)，對(duì)于數(shù)據(jù)接收和發(fā)送過(guò)程所采用的都是緩沖的方式，因此設(shè)立了兩個(gè)緩沖區(qū)域。

相關(guān)的窗口沖段程序通過(guò)對(duì)整個(gè)控制對(duì)象的處理來(lái)完成整個(gè)通訊的任務(wù)，當(dāng)發(fā)送出來(lái)的緩沖區(qū)域，并不是空白條件時(shí)，整個(gè)任務(wù)會(huì)因?yàn)橛捎诘却瞻椎氖录Ｖ惯\(yùn)行。當(dāng)中段的程序發(fā)送完相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，空白時(shí)間才能夠被再次激活，才能進(jìn)行正常的通訊任務(wù)狀態(tài)，為了能夠有效的保證整個(gè)狀態(tài)能夠同步到顯示端時(shí)，就會(huì)是整個(gè)數(shù)據(jù)采用未發(fā)生阻塞的方式進(jìn)行。

將狀態(tài)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到緩沖區(qū)域時(shí)，會(huì)由于狀態(tài)的情況改變整體的變量，其他的任務(wù)和中斷的程序中會(huì)出現(xiàn)一些沖突，所以在這些中斷的情況下，會(huì)將這些數(shù)據(jù)攜入到緩沖區(qū)當(dāng)中。

與發(fā)送包裝好的報(bào)文進(jìn)行比較，從接收到的數(shù)據(jù)當(dāng)中識(shí)別出正確的命令會(huì)比直接接收?qǐng)?bào)文上的數(shù)據(jù)更加復(fù)雜一些，通過(guò)對(duì)相關(guān)的協(xié)議進(jìn)行解析，采用進(jìn)行限制能夠更加順利的完成任務(wù)。這一軟件當(dāng)中就采用了這項(xiàng)內(nèi)容。

4? 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)這項(xiàng)系統(tǒng)調(diào)試的最初階段，由于我們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的特點(diǎn)并沒(méi)有做到全部的了解，所以對(duì)于控制流程要進(jìn)行多次修改。同時(shí)由于操作系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，只需要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行更改，不需要考慮其他事物的影響。同時(shí)在整個(gè)測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有出現(xiàn)軟件發(fā)生故障的情況。我們還發(fā)現(xiàn)熱插拔手持終端與人機(jī)系統(tǒng)之間的任務(wù)發(fā)生沖突時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)仍能較好地完成整個(gè)工作。這些內(nèi)容能夠有效地展示出該內(nèi)容所具有的優(yōu)勢(shì)。

與之前我們所應(yīng)用的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式進(jìn)行比較，也實(shí)際操作為基礎(chǔ)的開(kāi)發(fā)模式能夠有效的解決事務(wù)處理過(guò)程當(dāng)中的各種問(wèn)題，能夠有效的提升工作效率。當(dāng)其中一個(gè)任務(wù)不能及時(shí)完成時(shí)，其他任務(wù)也能正常的進(jìn)行下去，所以會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性增強(qiáng)。使用這種控制較為復(fù)雜的軟件，一定會(huì)成為之后控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。

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