导言
环境实验设备是一种依据规划不同，而具有模仿一种或多种归纳环境气候功用的自动化设备，为各种环境实验的完成供给了高效牢靠途径。企业或组织在产品规划、研制、制作进程中，可经过环境实验设备对资料、零部件或产品整机进行各种环境实验，如高温、高湿、盐雾、砂尘、雨淋、凝露等环境实验，有用地验证资料或产品是否到达相应规范所要求的质量与牢靠性。因而，环境实验设备是大多数企业与组织验证资料或产品牢靠性所必不可少的设备。
操控体系作为环境实验设备的最中心组成部分，它的操控精度直接影响到该设备所做环境实验的准确性与可信性。现在环境实验设备操控体系的运用型式首要分为通用型与专用型。其间通用型操控体系指的是，传统的人机界面（HMI）与可编程操控器（PLC）的组合操控方法，或工业PC组态软件与PLC的组合操控方法;专用型操控器指的是，针对不同环境实验设备的操控特性开发出来的专用操控器。国内专用型环境设备操控器范畴相对国外较为空白，这也是形成国内环境实验设备精度与稳定性遍及不如国外环境设备的首要原因，因而专用型操控器的研制对国内环境实验设备的开展具有相当大的含义。
1 、规划原理
本文中的环境设备操控体系，首要面向温度类环境实验设备，如高温实验箱、高低温实验箱、冷热冲击实验箱、恒温恒湿箱、湿热箱等。而温度类环境实验设备一般由主箱体、加热体系、制冷体系、风循环体系、主操控体系组成，如图1所示。
其间整个设备的首要操控目标包含：制冷体系中的制冷压缩机、电子膨胀阀及操控冷量排放的电磁阀;风循环体系的离心风机;加热体系中的固态继电器与沟通接触器。
整个设备的首要丈量参数包含：制冷体系中的压缩机排气回气的温度与压力、冷凝器出口温度、蒸发器出入口温度、 压缩机作业电流电压值;风循环体系中的风机温度、作业电流电压值;加热体系中的电加热器的作业电压电流值;箱内的温湿度等。
在上述丈量参数中，部分参数与设备的操控进程并无直接关系，如压缩机与风机的作业电压电流、风机转速与风速等。可是，跟着现代科技工业信息技术的迅速开展，在航天、航空、工业运用等各个范畴的设备与体系对牢靠性、安全性与经济性的要求越来越高，促进毛病猜测和健康办理（Prognostics and Health Management， PHM）［3-4］逐步成为工业设备的干流开展方向之一。可是PHM体系是需求建立在全面监测设备的运转状况的根底上，而运用通用型PLC操控体系的状况下，过多的参数收集意味着PLC模块的添加，不光进步了设备的制作本钱，也让设备操控体系的体积变得臃肿。为此，本文提出了一种依据嵌入式的操控体系，经过使用嵌入式体系开发自由度高、本钱低、针对性强、实时性高、集成度高的计划，完成设备的整机运转参数监控;且更易完成杂乱的算法运算，进步设备的操控精度与稳定性，如设备的含糊PID操控算法，防脉冲搅扰均匀滤波、限幅均匀滤波法等数字滤波算法。
2、操控体系硬件规划
操控体系由操控器与测控模块组成;其间测控模块包含I/O模块与丈量模块，均选用模块化规划，针对设备所需的装备进行模块式增减;而操控器仅需针对不同装备的设备作出相应的软件设置或调整。这样不仅能低本钱地收集设备整机运转参数;又能进步操控体系的集成度，减小操控模块的体积。操控体系硬件结构如图2所示，操控器取得丈量模块将所收集设备整机参数后，依据操控设定对I/O模块进行I/O与PID操控输出。
操控器与I/O模块、丈量模块间选用依据485接口Modbus协议的通讯方法。因为Modbus总线广泛运用于仪器仪表、智能高低压电器、变送器、可编程操控器、人机界面、变频器、现场智能设备等许多范畴，因而，使得操控器与I/O模块、丈量模块具有极大的可扩展性与独立成为产品的可能性。
2.1 操控器硬件规划
本嵌入式操控器是依据ARM Cortex-A9四核微处理器的硬件开发渠道，首要担任操控体系中人机界面的运转、逻辑运算、I/O与PID操控。硬件渠道选用的Exynos4412处理器具有高性能的数据处理才能以及较为齐备的硬件接口，为构建Linux嵌入式体系供给了杰出的硬件根底。操控器硬件开发渠道的功用框图如图3所示，板载WIFI、3G模块、10M/100M自适应网卡、10.1寸接触LCD、4路USB HOST等。
硬件渠道支撑从eMMC或SD卡发动，eMMC用于烧写体系镜像，因而操控器上电后默许从eMMC发动;而SD卡发动功用可与 USB OTG合作完成快速晋级固件及体系软件。WIFI、WCDMA 3G、LAN等网络接口均用于不同状况下操控器与互联网的衔接，为完成设备的长途操控、长途毛病预警或报警、专家长途毛病诊断等新式运用供给了硬件支撑。
为了保证操控器能与测控板完成高速实时牢靠的通讯，本操控器两路RS485通讯电路规划均依据ADM2483。ADM2483是集成通讯阻隔的RS485收发器件，最高通讯速率可达500kbps，在保证通讯速率与抗搅扰才能的前提下，避免了选用光耦阻隔规划需占用较大PCB布局面积的状况。且ADM2483选用了限摆率规划，把压摆率降操控在一个恰当的水平，能下降不恰当的终端匹配与接头产生的误码。而通讯模块的接口电路则选用了限流限压的规划，如图5所示，稳压管D1、D2与自恢复保险丝PTC1与PTC2对接口电路形成了一个有用的维护，进步了485通讯模块的电气牢靠性。
2.2 测控模块硬件规划
测控模块硬件框图如图6所示，以LPC1758为中心，担任设备运转数据的收集、I/O地址译码与I/O的操控;设备的相关温度、电流、电压、湿度、压力等参数经过收集电路后，再经LPC1758进行数字滤波后，存储到FLASH中;操控器可经过RS485与LPC1758通讯，读取所需参数用于逻辑运算，运算后再将I/O操控指令下到达LPC1758履行。I/O电路包含晶体管输出、继电器输出与特别运用输出，如电子膨胀阀操控I/O、变频器操控I/O等。
其间滤波采样电路中选用的Maxim的单通道24位ADC MAX11210。该ADC集成了模仿和参阅输入缓冲放大器，并供给四个GPIO口，可用于操控一个外部16通道模仿开关，令MAX11210有用地对16通道的模仿信号进行收集，下降了LPC1758的I/O资源担负。采样电路框图如图7所示。
最终，为了保证I/O电路的准确性与牢靠性，硬件电路中添加了I/O状况检测规划。关于输出点，I/O状况检测电路将输出状况生成对应的Output序列信号，当操控器改动输出状况的指令发送到LPC1758并履行后，输出点状况改动，LPC1758将改动后的Output序列信号与操控器下发的输出指令进行比照，以保证输出的准确性;而关于输入点，则出产对应的Input序列信号，当输入状况改动后，LPC1758经过比较实践的输入状况与Input序列信号，可判别输入端电路是否产生过错。
3 、操控体系软件规划
为满意操控器多硬件接口、多软件程序运用开发、多文件操作、体系定制等要求，选用Linux嵌入式操作体系，首要运用程序有人机界面程序、数据处理程序、软PLC程序，如图7所示。其间人机界面程序是由Windows环境下运转的图形化软件经过图元、控件以及宏指令组合生成，可经过USB导入到操控器以完成人机界面的更新。数据处理程序首要担任设备工控记载、PID运算、设备状况监测等功用。软PLC程序则是由德国Infoteam OpenPCS软件开发，支撑ST、IL、SFC、FBD、LD、CFC六种IEC言语，担任I/O逻辑运算。
因为测控模块不需求过多的运用程序与图形界面，因而挑选了相对Linux嵌入式操作体系组织要细巧的多的uC/OS-II。该体系功用丰厚，涵盖了使命调度、使命办理、时间办理、内存办理和使命间的通讯和同步等功用［6］。首要运用程序有数据收集程序，I/O检测程序，I/O操控程序。整个I/O的操控流程如图9所示。若呈现I/O电路过错报警，用户可挑选将设备断电重启或恳求技术支撑。
4、 结束语
本文规划的嵌入式环境实验设备操控体系，其操控器与测控模块均具有本钱低、集成度高、精度高、可拓宽性强等长处，可在必定程度上改进环境实验设备批量小、种类多等特色对规划与出产形成的不良影响。且经过充分使用我公司出产环境实验设备的优势，可不断经过环境实验改进操控体系的牢靠性规划。该操控体系现已运用在我公司的规范化系列环境设备上，操控精度与稳定性均到达了国内先进水平，且硬件装备丰厚，具有杰出的拓宽才能。
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