基于ARM+FPGA的真空凍干控制系統(tǒng)設計

0 引言
冷凍干燥技術自1980年代在我國興起以來已取得長足發(fā)展，并已廣泛應用于食品、低溫和真空等科學領域，基于一些食品和藥品加工行業(yè)的工藝需要，真空冷凍干燥技術需要迅速應用與推廣?？刂葡到y(tǒng)對物料的加工過程和質量影響比較大，還決定了真空冷凍干燥裝置運行的自動化程度。近年來國內外一些有實力的廠家對凍干機控制系統(tǒng)的研究有了較大的進展，采用了PLC、觸摸屏等裝置，能夠繪制凍干過程的工藝曲線，較大地改善了凍干機的性能。
隨著科技的發(fā)展，由于觸摸屏和PLC控制系統(tǒng)不易實現(xiàn)功能擴展、升級困難、操作界面不夠豐富等原因，已經(jīng)不能完全滿足企業(yè)的需要，市場需要開發(fā)出更加先進的凍干設備控制系統(tǒng)。2007年1月上海遠東制藥機械總廠開發(fā)完成了目前國內最先進的嵌入式凍干控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)根據(jù)凍干技術對凍干機控制系統(tǒng)的新要求而設計，采用高性能的Xscale內核嵌入式微處理器，結合FPGA完成集散控制(DCS)，該系統(tǒng)有穩(wěn)定可靠的工作性能、強大的擴展功能、友善的界面，從而具有更強的競爭力。

1 系統(tǒng)硬件結構設計
該控制系統(tǒng)主要由嵌入式微控制器和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)器件、溫度調節(jié)模塊、真空度調節(jié)模塊、GSM模塊、本地和網(wǎng)絡PC、LCD控制、各種傳感器、打印機及檢測、控制模塊組成，如圖1所示。

控制系統(tǒng)的核心由ARM及FPGA器件組成，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的通信、現(xiàn)場顯示、現(xiàn)場控制等功能，同時實現(xiàn)溫度、真空度的神經(jīng)網(wǎng)絡控制。
檢測量模塊主要由傳感器、信號調整及采集等組成，實現(xiàn)溫度、真空度、濕度以及各主要部件(熱繼電器、交流接觸器位置等)的狀態(tài)的測量?？刂颇K主要由光隔離、驅動及執(zhí)行機構組成，實現(xiàn)氣閥、水閥、電動機、變頻器、加熱器等的驅動與控制。LCD觸摸屏、IDE硬盤、打印機協(xié)調工作以實現(xiàn)凍干工藝曲線的實時采集、顯示、輸出與數(shù)據(jù)存儲，還有凍干機溫度與真空度參數(shù)的設置與控制等功能。