嵌入式系統(tǒng)在中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)中的應用研究

1、嵌入式系統(tǒng)在中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)中的應用研究 嵌入式系統(tǒng)在中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)中的應用研究1設計要求 1.1 引言 隨著國民經(jīng)濟的快速增長，我國人民生活水平的不斷提高?？照{(diào)機組能夠改善和提高人們的生活和健康水平，所以國內(nèi)空調(diào)企業(yè)的規(guī)模也在不斷的擴張，空調(diào)生產(chǎn)開始從單一品種、大規(guī)模生產(chǎn)、壓庫存的模式逐漸轉向多品種，按訂單生產(chǎn)、零庫存的方向發(fā)展。但中央空調(diào)機組因其設備功率大，零部件多，運轉工序復雜，所以對其使用時的可控性能、節(jié)能性能、人機交互性能的要求也隨之提高。目前的中央空調(diào)控制技術還以分散控制為主，每個控制器只能監(jiān)控其所控制的中央空調(diào)機組的狀態(tài)，而對同一樓宇之中的其它控制器所控制的中央空調(diào)的狀

2、態(tài)則無法知道，更無法在總體上獲知所有中央空調(diào)機組的工作狀態(tài)。其采用的通信方式主要為用485串口將中央空調(diào)控制器與工控機相聯(lián)，再用RS232串口將工控機和上位機相連。因為受RS232串口的限制，使得通信距離較短，所能集中控制的中央空調(diào)的數(shù)目也就受到了較大限制，使得集中控制的效果和意義均不明顯。此種缺點造成由于資金缺口和工程進度等等問題，許多已建成的商用建筑和辦公大樓的空調(diào)系統(tǒng)往往都沒有設計或安裝自動控制系統(tǒng)，隨著建筑物的投入使用，會發(fā)現(xiàn)空調(diào)區(qū)域的溫、濕度波動很大，往往會超過答應的變化范圍。舊有的空調(diào)系統(tǒng)在運行中往往遭到一些人為因素的影響，致使風系統(tǒng)平衡遭到破壞，加裝自控系統(tǒng)前必須先對舊有空調(diào)系統(tǒng)

3、的風道系統(tǒng)重新進行平衡調(diào)整，不然自控系統(tǒng)可能達不到預期限效果；另外加裝自動控制系統(tǒng)后對原空調(diào)系統(tǒng)的制冷、供熱和水循環(huán)系統(tǒng)都交有一定的影響；同時在改造進程中也會碰到一些非凡的問題。1.2 中央空調(diào)系統(tǒng)基本原理及組成 空調(diào)系統(tǒng)的組成有：被調(diào)對象、空調(diào)處理機組、空氣輸送設備以及分配設備。針對空氣處理設備在集中程度上的差異，空調(diào)系統(tǒng)通常分為集中式空調(diào)系統(tǒng)、半集中式空調(diào)系統(tǒng)以及分散式空調(diào)系統(tǒng)；根據(jù)熱濕負荷所使用的介質(zhì)的區(qū)別，空調(diào)系統(tǒng)又可以劃分為空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、空氣水混合系統(tǒng)、冷劑系統(tǒng)；又可根據(jù)空氣來源來分類，有直流式系統(tǒng)、封閉式系統(tǒng)和混合式系統(tǒng)三類系統(tǒng)。 空氣調(diào)節(jié)的定義通常為：將溫度、濕度、流速等參數(shù)

4、經(jīng)過處理后的空氣，通過空氣輸入管道送入室內(nèi)，以使整個室內(nèi)空氣溫濕度、流速、清潔度及壓強等控制在設定要求內(nèi)。 本文主要討論中央空調(diào)控制系統(tǒng)，即為集中式控制系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)由空氣加熱、冷卻，加濕、去濕、空氣凈化、風量調(diào)節(jié)設備以及空調(diào)用冷、熱源等設備組成。這些設備的容量是設計容量，但在日常運行中的實際負荷在大部分時間里都是部分負荷，不會達到設計容量。所以為了舒適和節(jié)能必須對上述設備進行實時控制，使其實際輸出量與實際負荷相適應。當前，對其容量控制實現(xiàn)不同程度的自動化，其內(nèi)容也越趨豐富。被控制參數(shù)主要有空氣的濕度、溫度、壓力和空氣清新度、氣流方向等，在冷熱源方面主要是冷熱水溫度，蒸汽壓力。有時也需測量

5、控制回水管的壓力差，測量供回水溫度以及回水量。同時，也要對這些參數(shù)進行指示、記錄、打印，并監(jiān)測各機電設備運行狀態(tài)及事故報警。其主要具備以下自控系統(tǒng)：風機盤管控制系統(tǒng)、空調(diào)機組控制系統(tǒng)、冷凍站控制系統(tǒng)、熱交換站控制系統(tǒng)、排水控制系統(tǒng)等。2 設計作用與目的 采用基于嵌入式中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)多臺中央空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、集中管理和集中控制。3 所用設備及軟件 RS485集線器，計算機一臺，中央空調(diào)控制器，C/OSII操作系統(tǒng)，UDPtest軟件4系統(tǒng)總體設計 圖1系統(tǒng)總體框圖4.1中央空調(diào)單機組控制器與RS485集線器的通信方式及數(shù)據(jù)處理過程 中央空調(diào)單機組控制器(本文研究所采用的中央空調(diào)單機

6、組控制器為無錫華威控制技術科技有限公司所生產(chǎn)的中央空調(diào)控制器)首先對檢測到的中央空調(diào)機組的運行狀態(tài)的信息(包括環(huán)境溫度，設定溫度，運行模式等)進行編碼，以約定的格式和波特率(9600bps)通過RS485總線發(fā)往RS485集線器。每個RS485集線器采用多串口單片機設計，分為8口和16口兩種型號。8口的RS485集線器可以同時連接8個中央空調(diào)單機組控制器，16口的RS485集線器可以同時連接16個中央空調(diào)單機組控制器。中央空調(diào)單機組控制器將不斷的向RS485集線器發(fā)送其狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，RS485集線器接收到這些數(shù)據(jù)后會檢查這些數(shù)據(jù)的合法性，如果該數(shù)據(jù)合法則將該數(shù)據(jù)存儲到接收緩沖區(qū)并等待發(fā)送。4.

7、2 RS485集線器與中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的通信方式及數(shù)據(jù)處理方式 RS485集線器通過RS485總線與中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器相連。RS485集線器將中央空調(diào)單機組控制器發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息通過RS485總線發(fā)送給中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器。中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器采用以ARM7TMI為內(nèi)核的S3C44BOX設計。因為S3C44BOX片內(nèi)沒有集成網(wǎng)卡芯片，因此為了使中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器能夠通過以太網(wǎng)和控制計算機進行遠距離通信，中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器采用了RTL8019AS為網(wǎng)卡芯片。中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器在接收到RS485集線器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后首先對接收到的數(shù)據(jù)進行解碼，確定這是哪臺中央空調(diào)單機組所

8、傳送過來的數(shù)據(jù)，并讀出其中所包含的中央空調(diào)單機組的運行狀態(tài)、設定溫度，運行模式、故障信息等數(shù)據(jù)信息。中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器會將與之相連的每臺中央空調(diào)機組的狀態(tài)信息存儲在其內(nèi)存空間中(中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器針對中央空調(diào)機組狀態(tài)信息的特點建立了特定的數(shù)據(jù)結構)。在中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的顯示屏上會顯示出所有與之相連的中央空調(diào)單機組，用戶可以通過鍵盤操作查詢每臺中央空調(diào)機組的運行狀態(tài)，當用戶選定中央空調(diào)機組后，該中央空調(diào)的機組的“聯(lián)機狀態(tài)”、“設定溫度”、“室內(nèi)溫度”、“運行模式”、“運行狀態(tài)”等信息就會在顯示屏上顯示出來。4.3中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器與控制計算機的通信方式 因為一棟樓宇之中可能會有

9、上千臺中央空調(diào)機組，受通信端口數(shù)量和處理能力的限制一臺中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器最多只能連接128臺中央空調(diào)機組并處理這些機組的數(shù)據(jù)信息。為了能夠控制樓宇內(nèi)所有中央空調(diào)，中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器需要將由RS485集線器所傳來的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)轉發(fā)給控制計算機。之所以選擇通過以太網(wǎng)而不是通過RS485網(wǎng)絡，主要是因為兩點:1.RS485網(wǎng)絡的傳輸距離和傳輸速度有限制，只有在很短的距離下才能達到理論最高值lOMbps，當通信距離增大時通信速度和通信質(zhì)量都會受到較大影響(在100kbps速率以下才有可能達到理論最大傳輸距離1219米);而控制計算機離中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器可能會隨著樓宇建筑規(guī)模的不同而有較大

10、差異，最遠的中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器可能離控制計算機的距離長達數(shù)百米甚至上千米，此時具有100Mbps帶寬現(xiàn)代快速以太網(wǎng)無疑在通信速度和通信質(zhì)量上都具有無可比擬的優(yōu)勢;2.對于一棟建筑規(guī)模較大的樓宇可能需要上千臺甚至數(shù)千臺中央空調(diào)機組，如果要控制如此多臺中央空調(diào)機組至少需要數(shù)十臺中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器。此時采用以太網(wǎng)則可以通過設置每臺中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的物理地址和IP地址(RTL8019AS網(wǎng)卡芯片的物理地址需要通過設置其相關寄存器而配置，IP地址的配置可通過移植的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧的相關API函數(shù)來配置)確定其在網(wǎng)絡中的位置，這樣整個中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制系統(tǒng)的組建和控制就變的相對簡單

11、。5 RS485集線器的設計 RS485集線器是中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)中的關鍵部件，在整個系統(tǒng)中發(fā)揮著連接中央空調(diào)單機組控制器和中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的關鍵作用。5.1 RS485集線器系統(tǒng)功能分析 RS485集線器在中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)中負責連接中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器和中央空調(diào)單機組控制器。 中央空調(diào)單機組控制器與RS485集線器通過RS485接口電路相連。中央空調(diào)單機組控制器會定時將中央空調(diào)機組的運行信息發(fā)往RS485集線器。RS485集線器當監(jiān)聽到串口接收中斷后會調(diào)用串口接收中斷處理程序來接收數(shù)據(jù)，如果接收到的數(shù)據(jù)合法就將該數(shù)據(jù)存往數(shù)據(jù)存儲緩沖區(qū)。 與數(shù)據(jù)接收是靠中斷觸發(fā)的處理方式不同，R

12、S485集線器會不停的偵聽數(shù)據(jù)存儲緩沖區(qū)，如果數(shù)據(jù)存儲緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)不為空則會執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)送程序將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)通過RS485串口發(fā)往中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器。5.2 RS485集線器硬件介紹 RS485集線器的硬件模塊示意圖圖2 RS485集線器硬件圖5.2.1 PSD3251簡介 PSD3251單片機39的結構為:包含8032微控制器的Flash PSD結構。 它片內(nèi)集成了兩塊Flash存儲器、SRAM、通用I/0口、可編程邏輯、管理監(jiān)控功能。并可實現(xiàn)工ZC, ADC, DDC功能。片內(nèi)集成8032微控制器，帶兩個標準異步通訊口，三個16為定時/計數(shù)器和一個外部中斷。 PSD3251單片機

13、具有以下特點: (1)高速8032內(nèi)核:40MHz5V, 24MHz3.3V; (2)雙Flash存儲結構，64KB主Flash, 16Kb二級Flash; (3) 2K字節(jié)的SRAM，支持后備電池掉電數(shù)據(jù)保護; (4)可編程譯碼PLD，靈活映射所有存儲器地址; (5)、兩路DART接口; (6)獨立的數(shù)據(jù)顯示通路(DDC), ADC; (7)多達46個I/0口線; (8)3000門PLD，16個宏單元; (9)可通過JTAG在線編程(ISP); (10)現(xiàn)場升級用戶程序代碼，不間斷用戶系統(tǒng)運行(IAP); (11)程序數(shù)據(jù)保密(Security); (12)電源監(jiān)控功能(PMU ) ; (1

14、3)零功耗技術; (14).封裝:TQFP52 (T)。 在RS485集線器中，PSD3251單片機的串口1通過CPLD16路切換矩陣與16個RS485接口相連，從而實現(xiàn)了將1路串口擴展為16路串口與中央空調(diào)單機組控制器通信。4路切換信號經(jīng)過CPLD4/16譯碼轉換后可以確定16路RS485接口的地址，其中4/16路地址轉換表如下: 表1 4/16路地址轉換表PSD3251單片機的串口2的作用為通過RS485總線與中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器相連，從而實現(xiàn)與中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的數(shù)據(jù)通信。5. 2. 2 CPLD介紹 CPLD (Complex Programmable Logic Device)

15、是Complex PLD的簡稱，一種較PLD為復雜的邏輯元件。 CPLD是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜(“在系統(tǒng)”編程)將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)設計的數(shù)字系統(tǒng)。 CPLD是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜(“在系統(tǒng)”編程)將代碼傳送到目標芯片中，實現(xiàn)設計的數(shù)字系統(tǒng)。 CPLD16路切換矩陣4八s路譯碼功能的實現(xiàn)因為不屬于本文的研究內(nèi)容，因此在這里

16、不與介紹。5.3 RS485集線器軟件設計 5. 3. 1 RS485集線器軟件的主要功能 RS485集線器的軟件的設計主要目標為實現(xiàn)RS485集線器如下四個主要功能: （1)串口1的數(shù)據(jù)接收 串口1將采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。當中央空調(diào)單機組控制器的數(shù)據(jù)發(fā)送到RS485集線器之后，RS485集線器的串口1會產(chǎn)生串口接收中斷，RS485集線器的8032微控制器將調(diào)用串口接收中斷處理程序來接收和處理接收到的數(shù)據(jù)。 （2)串口2的數(shù)據(jù)接收 串口2的數(shù)據(jù)接收方式與串口I相似。串口2的接收程序主要負責接收和處理中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。 (3)串口1的數(shù)據(jù)發(fā)送 串口1發(fā)送采用實時查詢方式，如果

17、其發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)有有效數(shù)據(jù)(串口1的發(fā)送緩沖區(qū)也就是串口2的接收緩沖區(qū))則串口1會將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)往中央空調(diào)單機組控制器。 (4)串口2的數(shù)據(jù)發(fā)送 串口2發(fā)送數(shù)據(jù)的方式與串口1相似。它將其數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)往中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器。5. 3. 2 RS485集線器軟件的實現(xiàn) 因為PSD3251單片機的8032內(nèi)核屬于51系列，所以RS485集線器軟件采用C51來開發(fā)。 主程序是整個程序的入口地址，它首先進行全局變量和串口初始化工作。然后便進入一個永久循環(huán)，以不斷偵測兩個串口是否可以執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)送操作。 程序中有函數(shù)bool CheckUartOne()和函數(shù)bool CheckUartT

18、wo()，它們的功能基本一致，分別為判斷串口1和串口2將要發(fā)送數(shù)據(jù)的合法性。其中串口1將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲在串口2的臨時接收數(shù)據(jù)存儲區(qū)中(因為串口2接收的程序來自中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器，RS485集線器接收到該數(shù)據(jù)后需將數(shù)據(jù)通過串口1發(fā)往中央空調(diào)單機組控制器，以實現(xiàn)對每臺中央空調(diào)機組的控制)，串口2將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲在串口1的臨時接收數(shù)據(jù)存儲區(qū)中。兩個函數(shù)將通過校驗位來判斷存儲在對方臨時接收數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)的合法性，如果數(shù)據(jù)合法則將數(shù)據(jù)轉存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)中以等待發(fā)送，并清空臨時接收數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 圖4為主程序流程圖。它說明了主函數(shù)的整個處理流程。 中斷處理由中斷處理程序seriall()和中斷處理

19、程序serial2()來完成。 seriall()為串口1的中斷服務程序。如果串口1中斷發(fā)生則會調(diào)用該程序來處理中斷操作。serial2()為串口2的中斷服務程序。如果串口2中斷發(fā)生則會調(diào)用該程序來處理中斷操作。圖3 串口中斷處理程序的流程圖圖4 主程序流程圖 函數(shù)bool CheckUartOne()和bool CheckUartTwo()的功能為通過計算來判斷串口1和串口2將要發(fā)送的數(shù)據(jù)的合法性，因為函數(shù)較為簡單在此就不做詳細講解。6中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的設計 中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器是整個中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)中最核心的部件，它起著連接控制計算機和RS485集線器的重要作用。由RS485集

20、線器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)經(jīng)由中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器發(fā)往控制計算機，控制計算機上所運行的監(jiān)控軟件會根據(jù)這些數(shù)據(jù)所提供的信息顯示出整個中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)中的所有中央空調(diào)機組的運行狀況。當中央空調(diào)集中控制系統(tǒng)的使用人員希望改變系統(tǒng)中的中央空調(diào)機組的運行狀態(tài)時，他可通過監(jiān)控軟件將命令信息發(fā)往中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器。中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器會根據(jù)命令信息中的目的地址而決定將命令信息轉發(fā)給哪臺中央空調(diào)單機組控制器(通過RS485集線器)。 同時中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器上還具有友好的人機界面(用于顯示其所連接的中央空調(diào)機組信息的顯示屏，和用于操作人員控制的鍵盤)，操作人員可通過它查詢與其連接的中央空調(diào)機組的運行信息

21、。6.1中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的硬件設計 中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器為了完成數(shù)據(jù)集中處理、數(shù)據(jù)轉發(fā)、系統(tǒng)信息顯示等功能需要具備五個功能相對獨立功能模塊:圖5中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器結構框圖 6.1.1顯示模塊 中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器需要具有友好的人機界面，用以對操作人員對中央空調(diào)狀態(tài)進行監(jiān)控提供支持。這就需要中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器具有LCD顯示屏幕，并且在系統(tǒng)軟件上需要具有相應的GUI(圖形用戶界面)模塊，這樣才能建立一個友好的人機界面。 圖6顯示模塊電路 6.1.2電源電路 電源系統(tǒng)是控制系統(tǒng)工作的基礎，電源系統(tǒng)的工作穩(wěn)定與否直接關系到整個系統(tǒng)的性能。在設計電源系統(tǒng)的過程中，必須要考慮到以下幾個要

22、點:電源系統(tǒng)的輸出電壓電流和功率是多大;電源系統(tǒng)采用的輸入電壓與電流大小;電源系統(tǒng)的電磁兼容性與電磁干擾因素;電源輸出紋波大小。另外還必須要考慮到系統(tǒng)的成本。 本控制系統(tǒng)中，微控制器LPC2210要使用到3.3V與1.8V兩組電源，3.3V為工O口供電電源，1.8V是內(nèi)核與片內(nèi)外設電源。從LPC2210技術手冊己說明微控制器對1.8V電源消耗的極限電流為70mA，也就是說1.8V電源只要能提供70mA的最大電流便可以滿足系統(tǒng)的要求，但為保證系統(tǒng)以后能夠可靠升級，要求1.8V電源能夠提供不小于300mA的電流。系統(tǒng)對3.3V電源的消耗電流具有不確定性，主要與外部條件有關，通常要求能夠提供600m

23、A電流，基本就可以滿足極限情況。鑒于系統(tǒng)對這兩組電壓的要求比較高，且功耗不是很大，故采用低壓差模擬電源LDO o LDO(低壓差電源芯片)芯片采用SPX 1117 ，該款LDO芯片具有較大輸出電流(可達800mA，較高精度輸出電壓且比較穩(wěn)定，輸出精度在1個百分點以內(nèi)，并且設有熱保護與限流功能。系統(tǒng)電源電路如圖3-3所示。模塊輸入電壓之所以選擇SV，一方面是考慮到過高的電壓會使芯片的發(fā)熱量上升，影響芯片性能，同時波動的電壓對輸出電壓的波動也有影響，太高的壓差也失去了選擇低壓差模擬電源的意義;另一方面為其它SV模塊提供電源。圖7 電源電路6.1.3復位電路 LPC2210通常工作在40MHz的時鐘

24、，其高速、低功耗及低工作電壓的牛性使其噪聲容非常低，系統(tǒng)必須對電源紋波、時鐘穩(wěn)定性、電源監(jiān)控可靠性尊方面提出較高的要求。復位芯片的門檻值一般選擇為控制器工O供電電壓，本GI統(tǒng)的復位電路使用了SP708S，提供2.93 V的復位門檻值。 SP708屬于微處理器uP監(jiān)控器件，集成有眾多組件，可監(jiān)測uP及數(shù)字系統(tǒng)中白供電及電池的工作情況，可有效地增強系統(tǒng)的可靠性及工作效率。主要包含一個看I狗定時器，一個uP復位模塊，一個供電失敗比較器，一個手動復位輸入模塊，適G于3.0V或3.3V環(huán)境4。主要特性如下 復位脈沖寬度:200ms; 獨立的看門狗定時器且WD工可以保持浮空，以禁止看門狗功能; 最大電源電

25、流40uA ; 支持開關式手動復位輸入; Vcc下降至1V時，產(chǎn)生復位信號，支持高低電平兩種方式; 內(nèi)嵌Vcc干擾抑制電路;內(nèi)嵌電壓監(jiān)測器，可監(jiān)測供電失敗或電池不足警告: 信號nRST連接到LPC2210芯片的復位腳RESET。當復位鍵RST按下時，SP708SCN的立即輸出復位信號，使LPC2210芯片復位。圖8 復位電路6.1.4系統(tǒng)時鐘及JTAG接口電路 系統(tǒng)使用外部晶振，晶振頻率為11.0592MHz?？刂葡到y(tǒng)的JTAG接口為ARM公司標準的仿真調(diào)試接口，共有20個引腳，接口連接如圖3-5所示。圖中，JTAG信號接口nTRST與微控制器LPC2210的TRST引腳連接，用來復位控制器內(nèi)

26、部JTAG接口電路;為了使復位后的系統(tǒng)JTAG接口處于使能態(tài)，根據(jù)LPC2210技術手冊的要求，需要在RTCK引腳接一個4.7K下拉電阻。圖9 JTAG接口電路6.1.5鍵盤電路 為了方便用戶操作，本系統(tǒng)系統(tǒng)設置了12個按鍵，歸納如下: 風向設定:有手動設定風向與自動設定2個設定按鍵; 運轉模式設定:1個按鍵輸入。每按一次，便在制冷、通風、制熱、除濕四種模式中循環(huán)切換。 風速設定:1個按鍵輸入。每按一次，便在高、中、低、自動四種風速模式下循環(huán)切換。 溫度設定:2個按鍵輸入。一個用于溫度增1設定，一個用于減1設定。 定時設定:3個按鍵輸入。一個定時設定按鍵開關，一個增1按鍵，一個時間減1輸入按鍵

27、。 開機按鍵、測試運行按鍵與檢查按鍵各1個，共3個。 系統(tǒng)使用I2C接口的鍵盤與LED驅動芯片ZLG7290進行鍵盤掃描，該芯片提供了I2C串行接口和鍵盤中斷信號，方便與處理器連接;可驅動8位共陰極數(shù)碼管或64只獨立的LED和64個鍵盤，其管腳說明如下: Dig7-DigO: LED顯示位驅動及鍵盤掃描線; SegHw-SegA: LED顯示段驅動及鍵盤掃描線; SDA/SCL: I2C總線接口數(shù)據(jù)/地址線及時鐘線; /INT:中斷輸出端，低電平有效; /RES:復位輸入端，低電平有效; OSC1:連接晶體以產(chǎn)生內(nèi)部時鐘; ZLG7290采用3. 3V電源，復位引腳與系統(tǒng)復位信號nRST相連，

28、當系統(tǒng)上電復位或手動復位時會同時復位ZLG7290 o ZLG7290的鍵盤中斷輸出信號與LPC2210的中斷引腳P0. 30相連，當有按鍵按下時，ZLG7290將會輸出中斷信號通知LPC2210 o ZLG7290使用I2C總線。鍵盤接口電路如圖所示。圖10 鍵盤電路 6.2中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的軟件設計 中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的軟件由三部分組成:實時操作系統(tǒng)，硬件驅動程序和運行在操作系統(tǒng)之上的應用程序。實時操作系統(tǒng)采用源碼公開的 C/OS- II操作系統(tǒng)硬件驅動程序主要為LCD控制器的驅動程序和RTL8019AS網(wǎng)卡芯片的驅動程序。6.2.1整體設計 中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的應用程序中共

29、劃分了7個任務，其中任務Main_ Task的任務優(yōu)先級為4，它的主要功能為初試化系統(tǒng)和創(chuàng)建其他的任務。任務UDP一ain_ Task的任務優(yōu)先級為5，它的主要功能為初始化LWIP協(xié)議，并創(chuàng)建另外兩個線程UDP_ Sen之Thread(任務優(yōu)先級8)和UDP_ Rev一hread(任務優(yōu)先級9)來發(fā)送和接收UDP數(shù)據(jù)報。任務LCD Task任務優(yōu)先級10)的主要功能為創(chuàng)建中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的人機交互界面，并根據(jù)用戶的輸入信息在屏幕上輸出相應畫面。任務UART_ Task(任務優(yōu)先級6)的主要功能是收發(fā)9路RS485串口數(shù)據(jù)。任務Key_Task(任務優(yōu)先級7)的主要功能是監(jiān)控鍵盤的輸入，并

30、通過信號量機制通知其他的任務作出相應響應。程序開發(fā)所用的語言為C語言，但與標準C有所不同是在嵌入式系統(tǒng)中的C編程，程序的主要框架為: 圖11中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器程序框架 程序的代碼結構為void Main (void)rBWSCON二Ox1110d1d2;/設置各BANK數(shù)據(jù)總線寬度RL16C554Init();/初始化芯片16C554OSTaskCreate(Mainjask, (void*)0, (OS一TK*)&Main一ask一tackTASK-STACK_ SIZE-1， Mainjask_ PRIG);刀創(chuàng)建系統(tǒng)主任務OSStart 0;/啟動 C/OS- IIvoid Main

31、jask( void *Id) ARMTargetStart 0 ;/啟動中央空調(diào)網(wǎng)絡控制器 ARMStartTimer 0 ;/啟動計時器 OSStatInit();OSTaskCreate(UDP Main一ask, (voi d*) 0, (OS_ STK*) &Task UDP TASK一TACK SIZE-1， Task_ UDP_ PRIG);/創(chuàng)建任務UDP一ainjaskOSTaskCreate(LCD_Task,(void*)0,(OS_ STK*)&Task-LCDTASK_ STACK SIZE-1， Task_ LCD少RIO);/創(chuàng)建任務LCD一askOSTaskCr

32、eate(UART一ask, (void*)0,(OS STK*)&Taskwe DARTTASKes STACK_ SIZE一1， Task DART少RIO);/創(chuàng)建任務DART一askOSTaskCreate(KEY_Task,(void*)0, (OS一TK *)&Task KEYTASK STACK SIZE一1， Task_ KEY_ PRIO);/創(chuàng)建任務KEY_ Task6.2.2 LCD控制器驅動程序 在點亮LCD之前，首先要對LCD控制器相關的寄存器進行初始化，從而使LCD控制器的配置與外接LCD模塊特性能夠匹配;同時在內(nèi)存中劃出一塊顯示緩沖區(qū)，與顯示像素點一一對應。Uns

33、igned int Lcd一 Dispwe Buf240320/8;/*16級灰度屏顯示緩沖區(qū)*/void Lcd Init()/*LCD初始化程序*/*配置LCD控制器的相關寄存器*/ 在初始化完LCD控制器后，LCD的驅動程序還需要提供在LCD屏幕上畫點，畫線等功能函數(shù)，在系統(tǒng)中應用程序將調(diào)用這些函數(shù)來創(chuàng)建中央空調(diào)網(wǎng)絡集中控制器的用戶界面Zz0Void Draw Point (unsigned int x, unsigned int y, unsigned int gray)/*畫點函數(shù)*/void Draw_Line(unsigned int unsigned int unsigned

34、intd一 x,gray)unsigned int s_y,unsigned int d_y, /*畫線函數(shù)*/ 其他的與GUI有關的功能函數(shù)在此就不一一介紹。6.2.3C/OS- II操作系統(tǒng)簡介 C/OS- II 1291是一個免費的，源代碼公開的實時嵌入式內(nèi)核，提供了實時系統(tǒng)所需的任務調(diào)度、任務管理、時間管理、內(nèi)存竹理和任務間的通信與同步等基本功育旨。 C/OS- II最多可以管理64個任務(用戶可擁有的任務為56個)，為簡化系統(tǒng)的設計，它規(guī)定每個任務的優(yōu)先級必須不同。也就是說，即使兩個任務有相同的重要性其優(yōu)先級也必須不同。這也就意味著高優(yōu)先級的任務在處理完后必須進入等待或掛起狀態(tài)，否則

35、低優(yōu)先級的任務永遠也無法執(zhí)行。系統(tǒng)通過兩種方法進行任務調(diào)度:一種是時鐘節(jié)拍或其他硬件中斷到來后，系統(tǒng)會調(diào)用函數(shù)OS工ntCtxSw()實現(xiàn)任務切換功能;二是任務主動進入掛起或等待狀態(tài)。 C/OS- II要求用戶提供一個稱為時鐘節(jié)拍的定時中斷，該中斷每秒發(fā)生10至100次，時鐘節(jié)拍的實際頻率由用戶控制，任務申請延時或超時控制標準以及任務調(diào)度的時間基準就是該時鐘節(jié)拍。 為了實現(xiàn)任務間的同步與通信，C/OS- II提供了四種同步對象，分別是信號量、郵箱和消息隊列以及事件。通過郵箱和消息隊列還可以實現(xiàn)任務間的通信。 C/OS-1I把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來管理，這樣便消除了多次分配與釋放內(nèi)存所引起的內(nèi)存

36、碎片。每個分區(qū)中都包含了整數(shù)個數(shù)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間內(nèi)存塊的大小可以不同。用戶需動態(tài)分配內(nèi)存時可選擇一個適當?shù)姆謪^(qū)，按塊來進行分配。釋放內(nèi)存時，將該塊放回它以前所屬的分區(qū)。7 仿真調(diào)試分析 7.1UDP通信實驗 實驗ADS1. 2項目有4個目錄，arm目錄為uC/OS-II移植文件目錄source目錄為uC/OS-II內(nèi)核源碼，TCP/IP目錄為TCP/IP驅動軟件包目錄。 實驗結果:現(xiàn)場控制單元的IP地址己預設為192. 168. 1. 101，在上位機端檢驗能否ping通控制單元，從截圖可以看到PING成功的信息。 同時，利用UDPtest軟件，將控制單元IP地址輸入遠程主機地

37、址欄，遠程端口號輸入1025，本地端口號輸入1026，進行數(shù)據(jù)發(fā)送測試。在輸入消息欄中輸入“ARM Controller，結果發(fā)送數(shù)據(jù)被完整地返回到接收數(shù)據(jù)欄中，表明上位機與現(xiàn)場控制單元可以進行正常的UDP通信。7.2串口通信 實驗ADS1. 2項目有4個目錄，arm目錄為uC/OS-II移植文件目錄，source目錄為uC/OS-II內(nèi)核源碼，Arm_ Pc下存放pc. c文件，是移植于uCOS-II的PC服務代碼。UartO為項目工程目錄。項目工程窗口如圖5-8所示。相關串口驅動在文件uart0. c中，實驗中要使用數(shù)據(jù)隊列，故將數(shù)據(jù)隊列文件queue. c加入到工程中。 實驗結果:使用串口線將上位計算機的COM1與控制器的串口相連，上位機上運行EasyARM軟件(設置串口為COM1，波特率為115200)，打開發(fā)送數(shù)據(jù)窗口。同時全速運行串口測試程序。 7.3鍵盤接口實驗 實驗ADS1. 2項目有4個目錄，arm目錄為uC/OS-II移植文件目錄，source目錄為uC/OS-II內(nèi)核源碼，Arm_ Pc下存放pc. c文件，是移植于uCOS-II的PC服務代碼。Z1g7290key為工程目錄。項目工程窗口如圖5-10所示。相關串口驅動在