基于ARM的擴(kuò)散／氧化控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、基于arm的擴(kuò)散氧化控制系統(tǒng)的設(shè)計隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)展，系統(tǒng)得到了前所未有的進(jìn)展。因為嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能強(qiáng)、牢靠性高等特點，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、控制儀表、通信等各個領(lǐng)域。蔓延氧化控制系統(tǒng)是為蔓延氧化爐設(shè)計的控制系統(tǒng)。蔓延氧化爐是創(chuàng)造的重要的工藝設(shè)備之一。本系統(tǒng)主要由高精度的溫度控制系統(tǒng)、推拉舟控制系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)組成。本系統(tǒng)為蔓延氧化爐提供高精度的蔓延氧化環(huán)境，以生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。本文采納的是處理器s3c2440，它具有工作頻率高、片上資源豐盛等特點，可以良好地應(yīng)用于本系統(tǒng)。且系統(tǒng)設(shè)計中移植了嵌入式wince，使得控制系統(tǒng)具有實時性強(qiáng)、編程便利、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點。1

2、 蔓延氧化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計1所示，系統(tǒng)的cpu及擴(kuò)展模塊是以s3c2440為核心的開發(fā)板。在系統(tǒng)中有溫度控制子系統(tǒng)、推拉舟控制子系統(tǒng)、氣路控制子系統(tǒng)。上述3個子系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，分離完成對溫度、氣體質(zhì)量流量計的檢測和控制。觸摸顯示屏作為人機(jī)界面，用于控制和監(jiān)視系統(tǒng)的運行。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 arm微處理器s3c2440本設(shè)計采納三星s3c2440處理器。它的主頻為400 mhz，外擴(kuò)存儲器nand flash為128 mb、sdram為64 mb，徹低滿足控制系統(tǒng)運行的要求。該處理器片內(nèi)資源有1個控制器(支持tft帶有的液晶顯示屏)、sdram控制器、117位通用i

3、o口和24位外部中斷源等。本系統(tǒng)觸摸屏為3.5英寸，辨別率240320，滿足系統(tǒng)要求。2.2 溫度控制子系統(tǒng)硬件設(shè)計溫度控制子系統(tǒng)要求4路溫度采集，其中一路測量環(huán)境溫度，另外3路測量蔓延氧化爐的溫度。系統(tǒng)要求溫度測量范圍為01 700，全量程辨別率為0.1。為滿足系統(tǒng)要求，測量蔓延氧化爐的可以選用熱電偶。為滿足系統(tǒng)測量精度的要求，同時系統(tǒng)ad轉(zhuǎn)換的速度要求不是很快，所以采納雙積分型ad轉(zhuǎn)換器ilc7135。ilc7135精度高、抗干擾性能好、價格低，應(yīng)用非常廣泛。icl7135其轉(zhuǎn)換數(shù)字范圍為-19 999+19 999，即辨別率為140 000。為了增強(qiáng)測量精度，需要對熱電偶輸入的信號舉行濾

4、波。由于本系統(tǒng)主要受工頻信號的干擾，所以濾波過程主要濾掉工頻信號。信號放大時按照系統(tǒng)的要求可以選用op07、op27等高精度的。圖2為ilc7135的ad轉(zhuǎn)換原理圖。由于s3c2440的引腳高電平為3.3 v，所以此與cpu銜接時可以用法電平轉(zhuǎn)換芯片sn74alvcl64245或74lvc4254等。在本系統(tǒng)中用法晶閘管控制的絲給蔓延氧化爐加溫，為了防止市電對系統(tǒng)的影響，必需用法光電隔離器隔離本系統(tǒng)與市電的銜接。圖2 ilc7135 ad轉(zhuǎn)換原理圖2.3 氣路系統(tǒng)和推拉舟系統(tǒng)的硬件設(shè)計在蔓延氧化工藝中，按照工藝的不同需要通入4種不同種類和質(zhì)量的氣體。所以在氣路控制系統(tǒng)中，需要4路開關(guān)量控制4種

5、不同氣體的通斷，以及4路模擬量控制氣體質(zhì)量流量計。質(zhì)量流量計能夠輸出4 ma20 ma或05 v的氣體質(zhì)量信號，在控制精度要求不高的系統(tǒng)中，可以不理睬質(zhì)量流量計輸出的氣體質(zhì)量信號，為了保證控制精度，可以采集氣體質(zhì)量信號。在4路開關(guān)量控制中，可以用法控制通斷。在4路模擬量控制氣體質(zhì)量流量計中，需要4路da轉(zhuǎn)換。按照控制精度的要求，選用12位的da芯片1230，由于控制信號為信號，所以需要把信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。圖3即為氣路控制系統(tǒng)da轉(zhuǎn)換原理圖。圖3 氣路控制系統(tǒng)da轉(zhuǎn)換原理圖在4路氣體質(zhì)量流量測量中，由于氣體質(zhì)量流量計可以輸出4 ma20 ma或05 v兩種信號，所以要求ad轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換這兩種信

6、號。按照控制精度的要求，可以選用12位ad轉(zhuǎn)換芯片ad574。在蔓延氧化工藝中，推拉舟用于運輸半導(dǎo)體芯片，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。微處理器s3c2440有4路輸出，可以輸出脈沖給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器，控制步進(jìn)電機(jī)的運動。同時需要通用io口控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。為了精確地獲得推拉舟的當(dāng)前位置，用法位置記錄推拉舟的運動距離。為了獲得位置編碼器的脈沖，用法8254記錄脈沖數(shù)。cpu掃描讀取8254的數(shù)據(jù)，計算出推拉舟的當(dāng)前位置。3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1 嵌入式操作系統(tǒng)s3c2440微處理器基于arm9內(nèi)核，可以移植windows ce、cos-等嵌入式操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)采納windows ce操作系統(tǒng)。mic

7、rosoft windows ce是一個緊湊、高效的可擴(kuò)展操作系統(tǒng)，適用于各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品。它擁有多線程、多任務(wù)、確定性的實時、徹低搶先式優(yōu)先級的操作系統(tǒng)環(huán)境，特地面對惟獨有限資源的硬件系統(tǒng)。3.2 應(yīng)用程序設(shè)計在本系統(tǒng)中，按照工藝的不同，需要設(shè)置溫度、位置、氣體種類和質(zhì)量等參數(shù)。所以，系統(tǒng)運行時需要設(shè)置的參數(shù)無數(shù)，并且為了實時觀看溫度參數(shù)，要求用法曲線顯示溫度。由此可知本系統(tǒng)中人機(jī)界面的重要性。圖4為溫度測量流程圖。圖5為系統(tǒng)運行總畫面。圖4 溫度測量流程圖圖5 系統(tǒng)運行總畫面(1)曲線顯示是應(yīng)用程序的重要組成部分，可以把曲線的繪制封裝到一個類中，本設(shè)計中封裝到cdline類。該類給定繼

8、承與cwnd，因此曲線類也是一個窗口，可以在此窗口上繪制出曲線。首先用法evc向?qū)?chuàng)建cdline類。在類中添加需要的變量，如存儲線中的點clistcpoint、cpoint&m_lstpoints，畫表格邊框設(shè)備環(huán)境cdcm_dcgrid，用來畫線的設(shè)備環(huán)境cdc m_dcline等。然后為類添加構(gòu)造函數(shù)，為類添加創(chuàng)建對話框的函數(shù)virtual bool create(lpctstr lpszclassname，lpctstr lpszwindowname，dword dwstyle，const rect& reet，cwnd*pparentwnd，uint nid，ccreateconte

9、xt* pcontext)。然后為類添加繪圖函數(shù)把曲線、網(wǎng)格繪制到空間上。曲線類完成之后，就可以在應(yīng)用程序中初始化類的實例(如cdline m_dline)，接著調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)(m_dline.create()等函數(shù))。(2)在本系統(tǒng)中為了存儲系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)及設(shè)置的數(shù)據(jù)，為了便利地檢索數(shù)據(jù)，可以用法數(shù)據(jù)庫技術(shù)。因為本系統(tǒng)需要存儲的數(shù)據(jù)量較小，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對容易，用法wince自帶的數(shù)據(jù)庫edb是十分合適的。edb數(shù)據(jù)庫的編寫用法數(shù)據(jù)庫函數(shù)。裝配數(shù)據(jù)庫卷：bool cemountdbvol(pceguid pceguid，lpwstr lpszdbvol，dword dwflags)；卸載數(shù)據(jù)

10、庫卷：bool ceunmountdbvol(pceguid pceguid)；創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫：ceoid cecreatedatabaseex (pceguid pceguid，cedbaseinfo*lpcedbinfo)；打開數(shù)據(jù)庫：handle ceopendatabaseex(pceguid pceguid，pceoid poid，lpwstr lpszname，cepropid propid，dword dwflags，cenotifyrequest *preq)；寫數(shù)據(jù)庫：ceoid cewriterecordprops(handle hdbase，ceoid oidrecord，word cpropld，cepropval *rgpropval)，讀數(shù)據(jù)庫：ceoid cereadrecordpropsex(handle hdbase，dword dwflags，lpword lpcpropid，cepropid*rgpr