基于ARM7单片机的国产500 kW发射机控制系统设计

2019-09-11 版权声明 举报文章

摘 要:随着计算机技术和集成电路的不断发展,基于32位ARM微处理器的嵌入式系统对各行各业自动化发展产生了越来越重大的影响;近几年来研制的国产500 kW发射机选用了ARM单片机作为嵌入式系统的微处理器进行自动控制系统的设计开发。该文主要介绍了基于ARM7单片机设计开发的DF500A型国产500 kW发射机自动控制系统硬件架构和主要功能,简单介绍了ARM7芯片LPC2388的基本功能,分模块地介绍了该机型自动控制系统核心部分ARM1通信控制板、ARM2调谐控制板的通信任务及软件设计思路。

关键词:国产发射机 ARM7单片机 控制系统 通信任务 软件设计

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)02(a)-0030-03

DF500A型国产500 kW短波发射机是由北京北广科技股份有限公司研制生产的,整机由射频系统、调制器系统、电源系统、控制系统、冷却系统组成。控制系统主要由四部分构成:上位机人机交互自动控制系统,逻辑控制系统,调谐控制系统,灯丝控制系统。自动控制系统作为发射机的标准配置,采用了CPCD+ARM+工业控制计算机等技术开台同步自主开发,其中由ARM单片机作为核心处理器的自动控制系统是现今比较流行,使用最广泛也是最先进的嵌入式系统,嵌入式系统具有运算处理能力强,与PC通信方便、成本低,针对应用优化设计、用户使用方便等方面的优势。DF500A型500 kW发射机按照行业自动化技术规范的要求开发出来的自动控制系统完全实现了发射机自动开关机,自动调谐,故障诊断,网络管理,远程监控等诸多功能。

1 基于ARM7单片机的发射机自动控制系统总体结构设计及功能说明

1.1 发射机自动控制系统总体结构设计介绍

DF500A型国产500 kW短波发射机的核心控制系统主要由ARM7单片机系列的芯片LPC2388为核心处理器组成的。LPC2388芯片是Philis公司生产的基于实时仿真的32位ARM7TDMI-S微处理器,适用于为了各种需要而进行通讯的应用。它包含了4个UART、1个SPI、2个同步串行端口(SSP)、3个I2C接口、2路CAN通道、1个I2S接口、10/100Ethernet MAC、USB2.0等接口并支持OTG等功能。LPC2388具有高达512 K的Flash存储器和96K的SRAM。Flash在ARM的局部总线上,能够进行高性能的CPU访问:有两个AHB系统,可以同步进行Ethernet DMA、USB DMA和片内Flash执行程序;先进的中断向量控制器,可以支持多大32个中断,还具有通用定时器、RTC、看门狗等功能模块。LPC2388的工作电压一般3.0~3.6 V,有空闲、睡眠、掉电和深度掉电等四个低功耗模式;内部有4 MHz的RC振荡器,还选择作为系统时钟,片内PLL可使系统时钟最高工作在72 MHz;封装在LQFP144。以上这些特点使它非常适合工业控制等领域。

DF500A型国产500 kW短波发射机的自动控制系统硬件架构主要包括通信控制板(ARM1)、调谐控制板(ARM2)、逻辑控制器、上位机组成,整机的自动控制系统架构如图1所示。

ARM1通信控制板主要功能是负责与上位机、ARM2、CPLD进行通信,协调控制发射机开关机、调谐以及状态信息、报警信息的及时上传。ARM2调谐控制板主要是负责调谐,接收ARM1发送的调谐命令,上传通过A/D转换获取的状态信息,以及通过D/A接口控制发射机进行调谐;同时,ARM2可通过显示器及键盘实现手动微调马达。

1.2 发射机自动控制系统控制板功能说明

1.2.1母板

母板负责链接ADC模/数转换板、DAC数/模转换板、通信控制板ARM1、调谐控制板ARM2和通信接口板,进行各个电路板之间信号的链接和转换。

1.2.2ADC模/数转换板

ADC电路板行主要由两个多路选择开关(ADG40)和一个AD转换芯片(AD7233)及其电路组成,并且整个控制系统的电源(+24V)从该板输入。功能是把十三路马达位置数据和各种表值数据的模拟数据转换成数字量送给调谐板ARM2。

1.2.3DAC数/模转换板

DAC电路板主要由两个DA转换芯片(AD7839)及其电路组成。功能是把调谐控制板AMR2传送过来的13路马达控制信号由数字量转换成模拟量去控制13路电机,并且激励器的控制从该板输出。

1.2.4通信接口板

通信接口板功能是负责控制板和设备的接口,光耦隔离进行电平转换,驱动设备。X2是逻辑控制的接口,X6是波段控制的接口。

1.2.5通信控制板ARM1

通信控制板ARM1主要由ARM7芯片LPC2388和iPort模块组成,主要负责与上位机通信、调谐控制板ARM2通信和一些逻辑控制功能。通信控制板ARM1实现的逻辑功能有关机、黑灯丝、红灯丝、高压合、高压断、复位、快速灯丝、封锁音周、封锁PSM指令。

1.2.6调谐控制板ARM2

调谐控制板ARM2主要由ARM7芯片LPC2388和液晶显示模块组成,主要是负责调谐控制、与逻辑控制器通信、与通信控制板ARM1通信、液晶显示、指示灯和一些逻辑控制功能。调谐控制板ARM2实现的逻辑功能有高功率、低功率、升功率、降功率和启动调谐。

1.2.7逻辑控制器

逻辑控制器主要采用两片EPM7512EAQI208作为核心处理器(一片负责所有的逻辑控制,一片负责与上位机通信),输入接口电路、输出接口电路、状态指示灯电路作为外部接口电路。它主要完成如下三方面的功能:一、实时采样。控制器系统实时采样一百多路发射机风路、水路、灯丝、高压、马达等各个节点的状态量,并通过RS232串行通信方式上传至上位机。二、故障处理。控制器系统通过采样到的状态量分析发射机的运行状况,并采取相应保护措施。三、控制命令处理。操作人员可以通过上位机控制或手动按键控制实现整个发射机的过程控制

2 ARM7单片机的发射机自动控制系统软件设计思想

2.1 通信控制板ARM1的软件设计介绍

单片机ARM1主要负责与上位机通信,它的通信任务包括:接收上位机发送的控制命令;上传ARM2及CPLD的状态信息;上传命令执行过程中的日志信息。单片机ARM1与上位机的通信采用UART3串行接口模块实现。

通信控制板ARM1设计思想如下。

(1)LED指示工作状态,1Hz频率闪烁。

(2)为每个通讯设计一个单独任务,用于上发和下传指令。

(3)关机、开机、调谐三个独立的任务用于实现控制逻辑。

(4)扫描运行图任务,根据本地运行图自动触发运行时间,给调谐任务发送信号量。

(5)上传状态信息任务,该任务每隔2 s向PC端发送最新的CPLD状态信息和ARM2读取的状态信息。

2.2 调谐控制板ARM2的软件设计介绍

单片机ARM2主要负责发射机的调谐控制,以串口中断方式实时从UART1获得ARM1发送的消息,如果是ARM1的58字节状态信息,则更新ARM2中保持的ARM1状态,如果是粗调完成、前级调谐完成或者是末级调谐完成命令,则发送相应的信号量给调

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