基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統(tǒng)的研究

摘 要： 針對高溫微波燒結(jié)設(shè)備對可靠性、穩(wěn)定性和多功能的需求，提出了一種基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對高溫微波燒結(jié)設(shè)備可靠、精確的控制。不但豐富了系統(tǒng)功能，提高了控制精度，而且使復(fù)雜的操作簡單化。

微波作為一種節(jié)能環(huán)保的新能源形式，近年來在國內(nèi)外得到了迅猛發(fā)展，并且在陶瓷燒結(jié)、環(huán)保、脫硫等方面有了很多成功的實例。微波加熱技術(shù)是工業(yè)控制中的一種特殊應(yīng)用，如何對其控制直接影響微波加熱設(shè)備的應(yīng)用前景。而微波加熱設(shè)備，尤其是大功率微波加熱系統(tǒng)，其繁雜的操作程序為其穩(wěn)定運行帶來很多不確定因素，因此亟需設(shè)計安全、智能的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)階段國內(nèi)外大功率工業(yè)微波加熱系統(tǒng)存在系統(tǒng)功能過于單一、控制精度不夠等問題。針對這些問題，本文提出了一種基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統(tǒng)。

1 方案論證

目前國內(nèi)外大多數(shù)微波設(shè)備采用的控制方式為觸摸屏+PLC控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)用在實驗爐上時，雖運行相對穩(wěn)定可靠，但具有一定的局限性：系統(tǒng)功能不豐富，控制精度不高，采樣頻率偏低，系統(tǒng)接口不夠開放，界面元素有限。

1.1 提出的方案

由于觸摸屏+PLC控制系統(tǒng)的諸多局限性，本文提出了另外一種解決方案，即基于Windows CE的大功率微波嵌入式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為兩部分：嵌入式主控系統(tǒng)板(以下簡稱EPC)、開發(fā)板和觸摸屏(人機界面接口板，以下簡稱HMI板)。其中EPC作為下位機，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在上位機的指令下控制外部設(shè)備；HMI板作為上位機，運行基于Windows CE的監(jiān)控程序，并分析處理EPC發(fā)送的各種數(shù)據(jù)；基于Windows CE的監(jiān)控程序，提供了報警、控溫等多種功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的精確控制；觸摸屏用于實時顯示對用戶有用的各種信息，如溫度、功率比例和系統(tǒng)運行狀態(tài)等，同時使用戶可以方便地對系統(tǒng)進(jìn)行操作，是用戶和系統(tǒng)進(jìn)行交互的中介。

該方案具有以下優(yōu)勢：(1)穩(wěn)定可靠地傳送數(shù)據(jù)；(2)準(zhǔn)確采集豐富的數(shù)據(jù)信息，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)信息處理；(3)界面友好、操作簡單，能有效地實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，功能相對豐富齊全；(4)編程靈活性提高，便于繼承已有的基于Windows的開發(fā)經(jīng)驗，能夠有效降低開發(fā)成本。

1.2 主要硬件和軟件的選擇

選擇應(yīng)用廣泛的S3C2440開發(fā)板，其優(yōu)勢在于：開發(fā)資料豐富、全面，擴(kuò)展功能好，性能穩(wěn)定；選擇Windows CE操作系統(tǒng)，其能與桌面Windows系統(tǒng)有效通信，便于用戶的使用，且性能穩(wěn)定可靠；選擇EVC(Embedded Visual C++)作為應(yīng)用程序開發(fā)平臺，其集成IDE環(huán)境可以使用戶快速開發(fā)控制臺、MFC等多種Windows CE應(yīng)用程序，執(zhí)行效率較高，而且能較大程度節(jié)省資源。

2 系統(tǒng)設(shè)計

采用基于Windows CE的大功率微波設(shè)備嵌入式控制系統(tǒng)，其基本設(shè)計思路是：EPC處理器將不斷變化的高電壓、電流、溫度和功率等模擬信號經(jīng)過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換處理后，通過RS232串口提交到HMI板，HMI板將獲取的數(shù)據(jù)在觸摸屏上實時顯示，并將這些數(shù)據(jù)分析處理后，將控制信號通過RS232串口發(fā)送到EPC。HMI板把獲取的數(shù)據(jù)實時顯示在觸摸屏上，進(jìn)行分析處理后，通過RS232串口發(fā)送到EPC。EPC處理器接收到控制信號，經(jīng)過計算后將該信號通過數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換處理，用模擬信號來控制燈絲電流和磁場線圈電壓等。HMI板和EPC之間的通信通過ModBus協(xié)議實現(xiàn)。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

系統(tǒng)原理圖

2.1 硬件設(shè)計

HMI板是系統(tǒng)核心，實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控。EPC主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并在HMI板的指令下進(jìn)行操作，如實現(xiàn)對煙道風(fēng)機、微波攪拌器等外部設(shè)備的控制，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到HMI板進(jìn)行處理等。系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后，HMI板打開RS232串口，以取得與EPC的通信。若打開失敗，HMI板發(fā)出報警信息并對串口進(jìn)行檢測；若打開成功，根據(jù)HMI板和EPC通信過程中設(shè)定的協(xié)議(此處是ModBus協(xié)議)，HMI板通過串口向EPC發(fā)送指令。 EPC接收指令后，將其轉(zhuǎn)換為可以識別的命令，進(jìn)行相應(yīng)的操作，然后將操作結(jié)果通過串口反饋給HMI板，同時EPC不斷檢測設(shè)備的狀態(tài)信息。若出現(xiàn)異常，則通過串口將該信息發(fā)送到HMI板，HMI板同樣將該信息轉(zhuǎn)換為其可以識別的命令，發(fā)出報警。HMI板和EPC之間的通信交互以及命令格式的轉(zhuǎn)換等通過 ModBus協(xié)議實現(xiàn)。