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基于ARM的嵌入式中央空调控制器的设计
SYSPRAclICE系统实践
基于ARM的嵌入式中央空调控制器的设计
赵清艳张超
摘要:通过研究基于ARM920T内核的$3C2440A~式控制芯片,针对
中央空调具体应用,设计了输入/输出,AD转换,DA转换等接口电路;在软
件设计上,实现了linux系统的裁剪,编译和移植,以及目标板相关驱动程序
的编译和移植;在Qtopia和Qt/E嵌入式图形开发环境下,实现了应用系统的
界面设计,AD转换,DA转换,设备控制的c++程序设计,在linux嵌入式环
境下交叉编译完成,实现了嵌入式中央空调智能控制系统的软硬件设计.
关键词:嵌入式系统;中央空调;智能控制;内核
引言
目前中央空调的控制系统大多采用以PLC作为控制
核心,主要由温度传感器,流量传感器,压力传感器等
传感元件检测空调系统中的各种信号,然后经A/D转换
器进行模数变换,送入到可编程控制器(PLC)内,在
PLC上进行逻缉运算及PID运算,最后将运算结果进行
输出,一部分经开关量模块控制外部设备的启停,一部
分经D/A转换器输出,用于控制变频器.这种控制方式
具有投入小,控制简单方便等特点H.
随着Internet技术的不断发展和普及,越来越多的
客户对中央空调监控提出了更高的要求,特别是在远程
Web监控方面,这种基于PLC的中央空调控制系统的功
能显得相对单一,难于实现诸如网络远程监控等现代控
制要求.
当前不断涌现的高性能的嵌入式CPU及嵌入式操作
系统的出现,使得集成A/D,D/A转换,人机界面,以
太网等功能的嵌入式监控系统成为可能,不但能实现客
户H益提高的监控要求,还能很好地节省硬件成本,优
化系统性能,带来良好的经济效益.本文旨在研究一种
能在中央空调自动控制中真正实用的一种高性价比嵌入
式控制器,用来取代传统的PLC控制方式,并为中央空
调的远程WEB监控预留软硬件接口.
一
,嵌入式中央空调智能控制器硬件
及其接口
基于ARM9内核核的删处理器凭借其高性能,低
功耗,低成本等显着优点,已成为目前32位嵌入式微
处理器中应用最为广泛的一个系列.考虑到中央空调控
制的连续性和可扩展性,本文采用基于ARM920T内核
的三星$3C2440A作为嵌人式中央空调智能控制器的核
心芯片,构成的中央空调智能控制器如图1所示.
图1嵌入式中央空调智能控制系统
基于ARM920T内核的嵌入式CPuS3C2440A采用
AMBA总线架构,ARM920T内核,实现了MMU,
AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构,片内集成大
量的设备接口,主要有A/D,LCD,PWM,IIC,IIS,
AC97,WatchDog,Camara等,使外围接口电路变得
非常简单圈.
1.1输入输出接口的设计
考虑到中央空调主机系统的I/0点数并不多(一般
3台主机,3套水泵时总的I/O点数是3O点),$3C2440A
信息系统工程I2011.6.2031
≮丛垒蔓盟…—系统壁
丰富的I/O引脚已经可以满足控制系统的I/O要求,所
以,控制系统输人输出接口设计主要考虑输入信号的隔
离,转换以及输出信号的隔离和驱动.
1.2A/D及D/A转换
$3C2440A片内没有集成DAC,但它有5个16位的
定时器,其中的0,1,2,3共4个定时器具有脉宽调制
PWM功能.通过外接低通滤波器和一个简单的转换电
路,我们可以方便地用PWM实现DAC的功能.基于
PWM的高精度DAC电路原理如图2所示:
图2基于PWM的高精度DAC电路原理图
图2中,Q2Ol是高频开关管2SC3356,D201是精密
的2.5V稳压二极管LM336.2.5,其动态阻抗小于0.2Q.
PWM波型经R201输入Q2O1的基极,Q2o1按照PWM
的周期和占空比进行开关.由于Q201导通电阻非常
小,而截止电阻却非常大,通过与它并联的基准电压
LM336.2.5就可以将控制器输出的PWM波形转换成理想
的PWM波形,即:VH=2.5V,VL=0V,波形为方波.
整形得到的理想PWM波,经过两级阻容滤波后得到直
流分量,将此直流分量送到低噪声运放TLV2471进行驱
动输出,从而实现了较高精度的DAC功能.
1.3通讯接口设计
$3C2440A提供3个标准串行接口,2个USB接口,
这些接口极大方便了处理器与其它智能设备的通讯能
力.在中央空调智能控制系统中,Et后完善和扩展的打
印机,分布式控制,与智能传感器的接口等均需使用到
这些接口功能.
CPU提供的串行接口为TTL电平,必须通过电平转
换才能变成标准的RS232C串行接口.MAX3232是一款
低电源电压(+3.0~+5.5V)的RS232电平转换Ic,内置
电荷泵,外接一个0.1uF的电容就可正常工作,由其构
成的R
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