嵌入式技术在推焦数据收集系统中的应用.docx

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1、嵌入式技术在推焦数据收集系统中的应用ronggang导语：收集好的数据需及时传送到中心主控室的计算机中完成数据的分析、处理和记录，因此为了实现推焦经过的有效监测，需要解决数据收集和数据通讯这两大问题在炼焦消费中，推焦时间、平煤时间、推焦电流等数据是反映焦炉实际操纵情况的重要指标。由于推焦车是室外挪动装置，而收集好的数据需及时传送到中心主控室的计算机中完成数据的分析、处理和记录，因此为了实现推焦经过的有效监测，需要解决数据收集和数据通讯这两大问题。1监控系统的根本构造按工程要求，中心主控站能对2个挪动间隔达200m的推焦车上的电流信号进展数据收集，所以采用无线数据传输的形式，通过无线数传电台控制

2、推焦车上的从站接收主控站的命令，并接收从站发出的推焦电流等模拟量以及炉号等数字量信息。系统的根本构造如图l所示，其中上位机主站由1个PC终端和D2lDL无线数传模块含天线组成，二者之间通过串口通讯。鉴于数据库技术已经相当成熟，中心主控站的数据治理可以较轻易地实现，所以关键技术就在于下位机对现场数据的实时收集，以及下位机与上位机之间可靠的无线数据传输。2下位机的硬件组成下位机以ARM7微控制器为核心，利用ARM7内核对外围设备，包括无线数传模块、LCD显示模块、模拟/数字信号输入、键盘扫描，进展控制和治理，根本框架如图2所示。1ARM控制板控制板是下位机的核心，控制系统的各个功能模块。控制板的M

3、CU采用Atmel公司的AT91SAM7S64芯片，它有64KB高速Flash和16KB的SRAM，片内主要有存储器控制器、复位控制器、时钟发生器、电源治理控制器、先进中断控制器、周期性间隔定时器、时间窗看门狗、实时定时器、并行输入/输出控制器、外设数据控制器、USB2.O全速设备接口、同步串行控制器、通用同步/异步收发器、主从串行外设接口、3通道16位定时器/计数器、4通道16位PWM控制器、两线接口、8通道10位A/D。控制板的外围电路主要包括电压转换电路、串口输入/输出控制电路、JTAG电路、模拟量数字量输入/输出电路、时钟芯片控制电路、USB接口电路、EEPROM电路等。2液晶显示模块

4、下位机的本地显示功能通过控制带有SEDl335控制器的液晶显示模块实现。SEDl335是日本SeikoEpson公司消费的液晶显示控制器。它的输入/输出缓冲器功能较强，指令功能丰富，并行发送4位数据，最大驱动才能为640256点阵。SEDl335硬件构造由MCU接口、内部控制和驱动LCM组成。3无线数传模块由于推焦车要在较大范围挪动，因此采用无线数据传输是一种较好的选择。北京捷麦公司消费的SA68D21DL无线数据收发模块是一种可在微机与微机之间或者微机与单片机之间进展全双工远间隔无线通讯的收发模块，它还可以脱离微机组成多点报警、遥控系统。其主要特点为：串口具有TTL、RS232、RS485等

5、多种电平接口;内含EEPROM看门狗电路，可掉电记忆设置参数;发送/接收间隔为13km。4电流变送器模块在电力电子产品中，对大电流进展准确的检测和控制是产品平安可靠运行的根本保证。推焦车设备中，最大电流可达400A。经多方调研比拟，采用北京森社公司消费的霍尔电流变送器模块，其主要特点为：工作区内精度高于1%;动态性能响应时间小于lms，跟踪速度高于50A/ms;平均无故障工作时间50000小时;易于安装。5键盘控制模块传统的行列式编码数字键盘要占用很多I/O引脚，而基于A/D转换器的键盘一般只用一个I/O引脚就能读取多个按键。其工作原理为：键盘由一系列分压电阻和按键组成，不同的按键对应着不同的

6、分压电阻，进而得到不同的分压及不同的A/D转换数值。这种键盘只能识别单个按键按下的情况，本键盘只有12个按键，现场操纵人员只需输入炉号110以及“确认、“取消键，因此完全知足要求。3下位机的软件设计软件模块包括串口控制程序、A/D数据收集、无线模块收发控制、LCD更新显示控制、定时器控制和按键扫描输入控制局部。由于下位机工作形式简单，出于精简代码量以及程序稳定性的考虑，未在控制器中使用操纵系统等复杂的进程调度机制。下位机上电后直接运行主程序，完成初始化经过之后进入主循环，接收上位机发送的命令并据此进展相关操纵。对于实时性要求较高的数据收集、LCD屏显示更新和键盘扫描任务，那么在定时器中断效劳程

7、序中完成。主程序主要包括系统初始化初始化MCU、总线、I/O端口、LCD、A/D、参数、串口等、无线数传模块设置读取并设置地址和身份码、显示开机画面、开定时器中断、接收串口数据、数据校验和发送数据。中断控制程序包括键盘扫描、判定键值响应按键、模拟量和数字量采样以及按照协议将数据填充到发送数组。3.1对LCD显示屏的控制ARM系统使用12个I/0端口控制内置SED1335控制器的显示屏。其中4个端口为控制命令端口，8个端口为数据端口，端口控制信号图如图3所示。AT91SAM7S64并行输入输出控制器PIO治理多达32个全可编程I/O线。对于LCD显示屏的控制，实际上是根据SED1335控制器的时

8、序进展操纵，即通过PIO控制器控制并行数据输出。程序的详细实现就是先总线初始化，配置控制LCD的8条数据总线和4条命令总线，设置外围设备时钟使能存放器PCER、上拉制止存放器PPUDR、多驱动制止存放器MDDR、输入滤波制止存放器IFDR、输出写使能存放器0WER、PIO使能存放器PER、输出使能存放器OER和输出数据存放器S0一DR。3.2对无线数传电台模块的控制AT91SAM7S64的USART，支持与使能由发送器到接收器的数据传输的外设数据控制器的连接，可治理多类型串行同步或者异步通讯。推焦车上的下位机通过USART口同无线数传电台模块通讯，控制电台接收和发送数据，相关接口的核心芯片是M

9、AX3232EEA，详细电路如图4所示。串口的初始化包括初始化外设I/0，使能时钟，配置串口工作形式如波特率等，使能串口;串口接收采用超时接收，其含义是：当串口收到1字节的数据后，假设在一定时间间隔内收到另外1字节数据，那么可以为后1字节同前1字节为同一包数据中的内容，假设在一定时间间隔内未收到数据，那么以为此包数据接收完毕。这时，串口状态存放器的相应位置1，通过查询状态存放器该状态位的值可判定是否接收完毕。串口数据发送只要设置好发送数据存放器和发送数据计数器，即可开场发送。3.3系统中定时器的作用本系统通过AT91SAM7S64的定时器/计数器模块控制数据收集周期、按键扫描和LCD更新。AT

10、91SAM7S64定时器/计数器TC包括3个一样但互相独立的16位定时器/计数器通道。每个通道有3个外部时钟输入，5个内部时钟输入及2个可由用户配置的多功能输入/输出信号。每个通道驱动一个可编程内部中断信号来产生处理器中断。定时器/计数器有2个作用于这3个通道的全局存放器。块控制存放器允许使用同样的指令同时启动3个通道。块形式存放器为每个通道定义外部时钟输入，允许将它们连接。另外，每个通道有一个16位存放器，存放器值在所选时钟每个上升沿处自减，当计数器到达0xFFFF并转为0x0000时，说明发生溢出，TC_SR状态存放器中COVFS位置1。定时器初始化包括设置定时器时钟，配置形式存放器，设置

11、定时器中断等。定时器中断25ms进展一次A/D转换，控制收集A11、A12模拟信号输入，以及键盘信号的扫描。由于AI模拟信号每250ms收集一组，所以每进入10次中断将最近5次收集到的AI信号进展去极值求平均数操纵，并装入发送数组通过串口发往无线数传模块;而键盘按键信号由于要求较高的实时性，所以每25ms判定一次。之所以把AI数据收集和键盘扫描放在同一个定时器中，是由于这两个功能模块均用到了ADC控制器;假设放在两个定时器中断中分别对ADC控制器进展操纵，那么会造成资源访问冲突，导致程序跑飞和系统瘫痪。当判定按键输入局部完毕，对按键将作出实时响应，主要表达在LCD的显示内容上。每250ms收集

12、一组AI信号时，同样也会将收集到的数据转换为工程量通过LCD显示出来，实现数据的本地实时显示。3.4系统中A/D的使用A/D是一个数据收集系统的根底，其信号收集精度和收集周期直接决定了系统的准确性和实时性。在AT91SAM7S64芯片内，8路模拟量通过1个八选一复用开关后进展A/D转换，相应的转换结果送入一个所有通道可用的通用存放器，即通道专用存放器中，可配置为软件触发、外部触发ADTRG引脚上升沿或者内部触发定时器/计数器输出。ADC支持8位或者10位的分辨率，默认情况为10位分辨率;对于所有通道只需要一个启动命令来初始化转换序列。ADC硬件逻辑对工作通道自动执行转换，然后等待新恳求;当转换

13、完成后，10位数字结果存于当前通道的通道数据存放器ADC_CDR及ADC最后转换数据存放器ADC_LCDR中。本系统中，用AT91SAM7S64芯片的ADC控制器定时对相应通道的模拟量进展收集。另外，系统还通过A/D读取键盘数据，根据ADC转换值的不同判定按键。ADC的初始化包括初始化时钟、复位ADC、配置形式存放器、设置A/D通道等。在本系统中，程序使能4路A/D通道，2路用于对反映推焦参数的模拟信号进展数据收集，另外两路用于对键盘按键信号进展判定控制。相关程序如下：对于所收集的数据，需要进展数字滤波以减少外界干扰的影响。综合考虑电磁环境以及算法复杂度等因素，采用去极值的平均滤波算法，即对短

14、时间内收集到的数据，去除最大值和最小值，把其余值的平均数作为一次数据收集的信号量。对于键盘按键信号，每个按键按下产生的模拟量值都在一个特定的区间范围内。从软件上看，只需要判定收集按键信号的2路A/D转换值处在哪个区间内，即可判定出哪个键被按下，并且增加相关保护程序，使按键长时间按下不会重复响应，以防止误操纵。与现有的推焦数据收集系统相比，本系统有以下几个特点：将通过A/D收集到的模拟量经过工程量转换后，在LCD显示屏上实时显示，便于推焦车操纵及维护人员直观监测数据的变化情况并作相应调整;上位机发送过来的炉号信息和时间信息也在LCD显示屏显示，增强了控制命令的可视性，降低了误操纵的可能;采用无线数传模块实现上位机与下位机之间的数据通讯，并通过软件校验的方式使传输的误码率降低到系统允许的范围。此推焦数据监控系统已经交付贵州、山西和山东等地的一些焦化厂使用，到达了预期的运行效果。