基于ARM9的中央空調(diào)網(wǎng)絡(luò)集中控制器研究

以往我國(guó)的中央空調(diào)控制系統(tǒng)主要采用以單片機(jī)為控制核心的單機(jī)組控制器，即一個(gè)控制器只能控制一臺(tái)中央空調(diào)機(jī)組，這種控制方法控制簡(jiǎn)單，但是在多層或者較大型的建筑中控制能力就顯得力不從心了。近年來也出現(xiàn)了采用ARM7 處理器作為控制芯片的集中控制器，但是在此所采用的ARM9 處理器比ARM7 處理器又有了許多優(yōu)點(diǎn)，如ARM9 處理器采用5 級(jí)流水線，在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以同時(shí)執(zhí)行5 條指令，這樣就大大提高了處理性能，在同樣的加工工藝下，ARM9處理器的時(shí)鐘頻率是ARM7 的1. 8 ~ 2. 2 倍; 又如ARM9 采用哈佛結(jié)構(gòu)，具有分離的數(shù)據(jù)和程序空間及分離的訪問總線，所以在指令執(zhí)行時(shí)哈佛結(jié)構(gòu)的取址和取數(shù)可以并行，因此具有更高的執(zhí)行效率; 再如擁有內(nèi)存管理單元( MMU ) ，只有擁有了MMU 才能真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)，通過內(nèi)存保護(hù)，一個(gè)進(jìn)程的失敗并不會(huì)影響其他進(jìn)程的運(yùn)行，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外,ARM9 可以內(nèi)嵌Linux 操作系統(tǒng)，Linux 具有良好的網(wǎng)絡(luò)支持功能; Linux 是首先實(shí)現(xiàn)TCP/ IP 協(xié)議棧的操作系統(tǒng)，它的內(nèi)核結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)方面是非常完整的，并提供了對(duì)包括十兆位、百兆位及千兆位的以太網(wǎng)，還有無線網(wǎng)絡(luò)等的支持; 其次，Linux 源碼開放、可定制內(nèi)核、性能優(yōu)異等也是選擇它相對(duì)于其他嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

　　在此設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)集中控制器可與監(jiān)控軟件一起完成基于TCP/ IP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信功能，并能通過RS 485總線與自行設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行通信。

　　1 控制器設(shè)計(jì)方案

　　網(wǎng)絡(luò)管理器的主要功能一方面是通過以太網(wǎng)與監(jiān)控軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換; 另一方面是通過RS 485 總線網(wǎng)絡(luò)與分布在大廈各處的現(xiàn)場(chǎng)控制器通信。網(wǎng)絡(luò)管理器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器進(jìn)行控制和管理，在現(xiàn)場(chǎng)控制器與中央操作站之間起數(shù)據(jù)緩存作用。

　　1. 1 控制器硬件設(shè)計(jì)

　　處理器采用A TMEL 公司的AT91RM9200，該處理器是AT MEL 專門針對(duì)工業(yè)及以太網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域推出的基于ARM920T 內(nèi)核的新型微處理器，如圖1 所示。

　　( 1) 電源電路。主要作用是為控制器提供3. 3 V和1. 8 V 的穩(wěn)定電壓。設(shè)計(jì)時(shí)利用LM1117 低壓差線性調(diào)壓器來提供3. 3 V 和1. 8 V 的電壓。LM1117 能夠提供1. 8 V，2. 5 V，2. 85 V，3. 3 V，5 V 的固定電壓和可調(diào)電壓型號(hào)，并能提供電流限制和熱保護(hù)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)集中控制器硬件模塊示意圖

　　( 2) 復(fù)位電路。主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)用戶的按鍵復(fù)位功能，它由簡(jiǎn)單的RC 電路構(gòu)成，這種電路比較通用，其復(fù)位邏輯是可靠的。

　　( 3) 存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括Nor Flash 接口、NandFLASH 接口和SDRAM 接口電路的設(shè)計(jì)。

　　①Nor FLASH 存儲(chǔ)器內(nèi)部存放系統(tǒng)啟動(dòng)代碼、Linux 內(nèi)核和用戶程序等，存儲(chǔ)器芯片采用AT49BV322A，單片存儲(chǔ)容量為32 Mb，工作電壓為2. 65~ 3. 6 V，數(shù)據(jù)寬度為16 b，并以16 b( 字模式) 數(shù)據(jù)寬度的方式工作。

　?、赟DRAM 存儲(chǔ)器作為程序的運(yùn)行空間，如前所述，SDRAM 的存儲(chǔ)單元可以理解為一個(gè)電容，總是傾向于放電，為避免數(shù)據(jù)丟失，必須定時(shí)刷新( 充電) 。由此可見，要在系統(tǒng)中使用SDRAM，就要求微處理器具有刷新控制邏輯，或在系統(tǒng)中另外加入刷新控制邏輯電路。本控制器采用的控制芯片具有用SDRAM 刷新控的制邏輯，可以直接與SDRAM 接口連接。SDRAM 存儲(chǔ)器芯片采用HY57V281620HG，單片存儲(chǔ)容量為4 組! 32 Mb，工作電壓為3. 3 V，數(shù)據(jù)寬度為16 b。本控制器采用2 片16 b 數(shù)據(jù)寬度的HY57V281620HG 并聯(lián)為32 b數(shù)據(jù)寬度的SDRAM 存儲(chǔ)系統(tǒng)。

　?、跱and FLASH 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，芯片采用K9F1208U OM YIB0，存儲(chǔ)容量為64 MB，數(shù)據(jù)總線寬度為8 位，工作電壓為2. 7~ 3. 6 V。為了提高控制芯片的驅(qū)動(dòng)能力，在這部分設(shè)計(jì)中加入了74HC245 總線驅(qū)動(dòng)器，74HC245 提供雙向總線驅(qū)動(dòng)，主要使用在數(shù)據(jù)的雙向緩沖。

　　( 4) 串行接口電路。本控制器對(duì)控制芯片提供的4 個(gè)串口中3 個(gè)設(shè)計(jì)接口電路。一個(gè)串口用于軟件調(diào)試與系統(tǒng)開發(fā)，另一個(gè)作為預(yù)留串口，可以在需要時(shí)與PC 機(jī)進(jìn)行通信。另外，還需要設(shè)計(jì)RS 485 串行通信接口電路，用于與現(xiàn)場(chǎng)控制器的通信。

　　電平轉(zhuǎn)換芯片采用常用的MAX 232; RS 485 電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX 485。

　　( 5) 網(wǎng)絡(luò)接口電路。AT91RM9200 內(nèi)嵌入了10 Mb/ s/ 100 Mb/ s 自適應(yīng)的以太網(wǎng)MAC 控制器，但是這還不能直接用來進(jìn)行以太網(wǎng)通信，片外還需要擴(kuò)展以太網(wǎng)的物理層接口( PHY) ，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)高速的以太網(wǎng)通訊。物理層接口芯片選用DM9161。

　　另外，設(shè)計(jì)中還用到了網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器，它的主要作用是傳輸數(shù)據(jù)，還有一個(gè)作用是隔離網(wǎng)線連接中不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的不同電平，以防止不同電壓通過網(wǎng)線傳輸損壞設(shè)備。