一種多功能聯(lián)網(wǎng)型熱泵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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3．2．1 輪詢法多任務(wù)調(diào)度
輪詢法多任務(wù)調(diào)度模仿了實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real-timeOperating System，RTOS)的原理。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)是，如果邏輯和時(shí)序出現(xiàn)偏差，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，這一點(diǎn)與熱泵系統(tǒng)具有繁多任務(wù)的特點(diǎn)相符。輪詢法多任務(wù)調(diào)度的宗旨是使各個(gè)任務(wù)盡快地執(zhí)行，不要求限定某一任務(wù)在多長時(shí)間內(nèi)完成。輪詢法多任務(wù)調(diào)度中，各個(gè)任務(wù)具有同樣的優(yōu)先級。允許一個(gè)任務(wù)優(yōu)先確認(rèn)一段時(shí)間，然后切換給另一個(gè)任務(wù)。其中，時(shí)間段的計(jì)時(shí)由軟定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)施方法如下。
在水箱控制器以及熱泵控制器中，包含多項(xiàng)子設(shè)備的控制。該系統(tǒng)針對每個(gè)獨(dú)立子設(shè)備的控制設(shè)計(jì)了專門的軟件控制模塊，工程應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際需要裁剪所需的模塊組合，如圖12所示。每個(gè)軟件功能模塊，都采用狀態(tài)機(jī)的方式，每次運(yùn)行至某一個(gè)模塊，如果該模塊的當(dāng)
前狀態(tài)未完成，則切換至另一個(gè)模塊，直到下次切換回該模塊，且當(dāng)前狀態(tài)完成，才進(jìn)入下一狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。每個(gè)掛載在主程序中的功能模塊，等于是程序中的任務(wù)，對于不同任務(wù)之間的管理與調(diào)度，關(guān)乎程序的執(zhí)行效率。程序中，考慮到任務(wù)切換的問題，所以給每個(gè)任務(wù)每一狀態(tài)分配的代碼執(zhí)行時(shí)間不長，任務(wù)內(nèi)部也并不需要進(jìn)行占用資源較大的運(yùn)算等操作。大多數(shù)時(shí)間任務(wù)處于延時(shí)等待狀態(tài)，因此，當(dāng)某一任務(wù)進(jìn)入延時(shí)進(jìn)程中，控制程序就可以去查詢執(zhí)行其他的任務(wù)，等延時(shí)完成再執(zhí)行該任務(wù)的處理程序即可。由此可以實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)的任務(wù)循環(huán)切換。功能模塊內(nèi)部狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖13所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/162187.htm
3．2．2 軟定時(shí)器算法的實(shí)現(xiàn)
在該系統(tǒng)中，延時(shí)也是系統(tǒng)輸出的一個(gè)重要部分。但是在傳統(tǒng)的延時(shí)算法里面，大多是讓CPU執(zhí)行空語句，這樣非常浪費(fèi)系統(tǒng)資源。這里采用單循環(huán)隊(duì)列定時(shí)器算法。理論上可以把一個(gè)定時(shí)器擴(kuò)展成任意多個(gè)定時(shí)器，以滿足系統(tǒng)需求。
單循環(huán)隊(duì)列計(jì)時(shí)原理如下：
可以通過聲明一個(gè)具有n個(gè)元素的數(shù)組來拓展得到n個(gè)軟件定時(shí)器。同時(shí)，定義一個(gè)指向數(shù)組元素的循環(huán)計(jì)時(shí)隊(duì)列指針。每當(dāng)定時(shí)中斷發(fā)生時(shí)，循環(huán)計(jì)時(shí)隊(duì)列指針?biāo)赶虻亩〞r(shí)器元素減1，并且移向下一個(gè)元素。當(dāng)某個(gè)元素(軟件定時(shí)器)的值減到0時(shí)，置位與該元素相應(yīng)的定時(shí)器標(biāo)志位，以便在程序中查詢定時(shí)時(shí)間是否已到。當(dāng)然，也可以在程序中通過查詢該數(shù)組元素是否為0來確定。由上可見定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間計(jì)算如下：
定時(shí)時(shí)間=中斷時(shí)間間隔×定時(shí)器元素?cái)?shù)量
一個(gè)軟件定時(shí)器的簡單例子如圖14所示。
該系統(tǒng)所采用的這種單循環(huán)隊(duì)列定時(shí)器算法，實(shí)現(xiàn)簡單，而且每個(gè)計(jì)時(shí)周期只需進(jìn)行一次減法操作，突破了硬件定時(shí)器中的數(shù)量限制。從系統(tǒng)資源占用的角度來看，是最有效的定時(shí)器算法。
4 系統(tǒng)抗干擾措施
在該系統(tǒng)中，壓縮機(jī)、水泵、外風(fēng)機(jī)等都是大功率強(qiáng)電設(shè)備，而且距離控制器比較近，這就使得控制板工作在一個(gè)比較惡劣的電磁環(huán)境中；另外，各控制器一般都是安裝在戶外環(huán)境，容易受到環(huán)境因素的影響，一個(gè)突出的影響來自雷電。因此，增強(qiáng)控制板的抗干擾能力是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要途徑。
為此，該系統(tǒng)采用了隔離技術(shù)，即CPU通過繼電器隔離控制交流接觸器；而水箱控制板，熱泵控制板分別具有3個(gè)電平區(qū)域，包括單片機(jī)電平區(qū)(5 V)、通信電平區(qū)(5 V)、繼電器控制電平區(qū)(24 V)，它們之間均設(shè)置了光耦進(jìn)行隔離。
另外，該系統(tǒng)中采用了多種保護(hù)器件，包括自恢復(fù)保險(xiǎn)絲PPTC、瞬變電壓抑制器TVS和壓敏電阻MOV。
在RS 485通信模塊中，采用TI公司的75LBC184。該芯片與普通的RS 485收發(fā)器相比的顯著特點(diǎn)是片內(nèi)A、B引腳接有高能量順變干擾保護(hù)裝置，可以承受峰值為400 W的過壓順變，因此能顯著提高器件的可靠性。其驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)成限斜率方式輸出，使輸出信號邊沿不會(huì)過陡，有效的抑制傳輸線上的噪聲高頻分量。而且該芯片能承受高達(dá)8 kV的靜電放電沖擊，具有一定的防雷能力。對一些環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護(hù)元件。而CAN總線自身抗電磁干擾性高，傳輸距離遠(yuǎn)和可靠的錯(cuò)誤處理和檢測機(jī)制，也加強(qiáng)了系統(tǒng)通訊的可靠性。該系統(tǒng)采用自帶CAN總線控制模塊的dspic30F5011，以及PCA82C250作為CAN收發(fā)器。
5 結(jié)語
基本完成了整個(gè)熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)。通過RS 485或CAN通信實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的通信控制，做到真正的大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)。對機(jī)組外部環(huán)境的多種因素進(jìn)行探測，設(shè)計(jì)出一套根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，關(guān)機(jī)報(bào)警等動(dòng)作的可靠系統(tǒng)。輪詢法多任務(wù)調(diào)度以及軟件定時(shí)器的引入提高了系統(tǒng)效率，突破了中央處理器的硬件局限。多種抗干擾措施更增強(qiáng)了系統(tǒng)對惡劣外部環(huán)境的適應(yīng)能力。
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