基于ARM的給煤機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 [日期：2006-8-24] 來源：電子設(shè)計應(yīng)用 作者：上海海事大學(xué)物流工程學(xué)院 馮祖明 黃賽清 [字體：控制器S3C44B0x上的移植。
關(guān)鍵詞：給煤機(jī)控制系統(tǒng)；S3C44B0x；mC/OS-II

引言
本文設(shè)計的給煤機(jī)控制系統(tǒng)主要用于火力發(fā)電廠的磨煤制粉系統(tǒng)中，它與磨煤機(jī)設(shè)備配合，承擔(dān)向系統(tǒng)定量均勻供煤的任務(wù)，是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備。這種系統(tǒng)同樣可以應(yīng)用于冶金、化工等部門的散狀物料的計量輸送系統(tǒng)，對于節(jié)約能源和提高經(jīng)濟(jì)效益及保證安全方面有重大意義。

圖1 自跟蹤電源電路

圖2 4~20mA電流產(chǎn)生電路

控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計
該控制系統(tǒng)主要包括稱重傳感器信號的檢測、數(shù)字式速度傳感器信號的檢測、鍵盤輸入信號的掃描、液晶顯示屏的顯示，以及一些報警裝置等。由于本設(shè)計對主控制器的要求較高，所以最終采用了Samsung公司的基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的低功耗ARM處理器S3C44B0x作為系統(tǒng)的主控制器。

稱重傳感器信號的采集是影響本系統(tǒng)控制精度的最重要因素之一，本設(shè)計中將傳感器橋路設(shè)計成4片應(yīng)變片都受力的形式。同時由于應(yīng)變片式傳感器的輸出信號非常小，因而要求橋路的電壓特別穩(wěn)定，所以此系統(tǒng)采用了對稱型、并有正負(fù)壓自跟蹤性能的電源，如圖1所示。

傳感器的信號首先經(jīng)過放大、濾波處理，然后送到A/D控制器。S3C44B0x處理器內(nèi)部集成了8路10位的A/D控制器、零比較器和內(nèi)部產(chǎn)生的比較時鐘信號，支持軟件使能休眠模式，所以可以很精確的測出傳感器的信號。并且通過使用該處理器使得本系統(tǒng)不需要再外擴(kuò)A/D轉(zhuǎn)換芯片，從而減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

速度傳感器檢測的是皮帶的速度，由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度和皮帶的速度一般不同，有一個比例系數(shù)，為了確保準(zhǔn)確性，本設(shè)計單獨采用了速度傳感器，速度傳感器的脈沖輸出正比于皮帶速度。通過將皮帶的速度信號和稱重傳感器的重量信號送入微處理器進(jìn)行處理，就得到了以噸/小時為單位的實際流量。

通過鍵盤輸入所需要的給煤量，將實際給煤量和所需給煤量進(jìn)行PID運算，并把產(chǎn)生的控制信號用來控制變頻器，進(jìn)而來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)用的變頻器是西門子的MMV400，將此變頻器設(shè)置為4~20mA的電流控制，由控制器比較用戶指令和現(xiàn)場的狀態(tài)反饋后發(fā)送4~20mA電流至變頻器的模擬量輸入口，然后變頻器將輸入的電流信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的頻率后輸出來控制電機(jī)。其中產(chǎn)生4~20mA電流的電路如圖2所示。

ARM處理器的控制數(shù)據(jù)首先經(jīng)過光電隔離送到D/A控制器(TLC5615)，轉(zhuǎn)換成0~2V的電壓信號，然后經(jīng)過V/I轉(zhuǎn)換器(AD694)產(chǎn)生4~20mA的電流信號，用來精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

LCD顯示屏顯示的內(nèi)容包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速、所需給煤量、實際的給煤量，以及皮帶的速度等。S3C44B0x中集成了LCD控制器，可以將顯示緩存中的數(shù)據(jù)傳送到外部的LCD驅(qū)動電路中，并可以支持單色、4或16級灰度的LCD和256級的彩色LCD。大量的I/O口作為繼電器信號輸出。并且S3C44B0x還可以通過串口RS-232和上位機(jī)進(jìn)行通信。

控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計
給煤機(jī)控制系統(tǒng)軟件選用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)mC/OS-II。它是一個源代碼公開、可移植、可固化、可剪裁、占先式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。其絕大部分源代碼是用ANSI C寫的，移植方便，并且運行穩(wěn)定可靠。目前，它已經(jīng)在幾十種從8位到64位的微處理器，微控制器上實現(xiàn)了成功的移植。

mC/OS-II在S3C44B0x上的移植
移植mC/OS-II主要包括：聲明3個宏(開中斷，關(guān)中斷和任務(wù)切換)；設(shè)置堆棧的增長方向；聲明10個與編譯器相關(guān)的數(shù)據(jù)類型；用C語言編寫6個與操作系統(tǒng)有關(guān)的函數(shù)(OS-CPU-C.C任務(wù)堆棧初始化和5個鉤子函數(shù));用匯編語言編寫4個與處理器相關(guān)的函數(shù)(OS-CPU.ASM)。

用匯編語言編寫4個與處理器相關(guān)的函數(shù)如下。
mC/OS-II需要先禁止中斷再訪問代碼的臨界斷，并且在訪問結(jié)束后重新允許中斷， 操作系統(tǒng)是通過OS_ENTER_CRITICAL()，OS_EXIT_CRITICAL()兩函數(shù)來實現(xiàn)開中斷和關(guān)中斷的。

在mC/OS-II中，使用OS-STK-GROWTH來指定堆棧的增長方向，0表示從低地址向高地址增長，1則相反。但是所用的ADS編譯器僅支持高地址向低