一种嵌入式的太阳能干燥实时监控系统的设计方案

2.4 RS 485通信电路设计

太阳能干燥设备需要长时间工作在露天环境下，对通信电路的距离和抗干扰要求较高。针对此项要求，实时嵌入式太阳能干燥监测和控制系统采用SP485R芯片组建RS 485 通信控制电路实现与PC 上位机的通信。

SP485R应用电路如图4所示。

3 嵌入式太阳能干燥监测和控制系统软件设计

3.1 FreeRTOS在STM32上的移植

太阳能干燥设备进行干燥作业时对干燥室内的温湿度要求较高：温度过高会影响干燥物料的品质，温度过低或湿度过高又会降低干燥效率。这要求监测和控制系统应具有高实时性和可靠的稳定性，能够快速反应并准确动作，使干燥室内温度能够维持恒定且保证湿度在限定范围之内。基于此，将FreeRTOS实时操作系统移植到STM32嵌入式处理器以满足设计需求。

FreeRTOS的实现主要由list.c、queue.c、croutine.c和tasks.c4个文件组成。list.c是一个链表的实现，主要供内核调度器使用;queue.c是一个队列的实现，支持中断环境与信号量控制;croutine.c和task.c是两种任务的组织实现。对于croutine,各个任务共享同一个堆栈，使RAM的需求进一步缩小，也正因如此，他的使用受到相对严格的限制。而task则是传统的实现，各个任务使用各自的堆栈，支持完全的抢占式调度。FreeRTOS在STM32的移植大致由3个文件实现，一个。h文件定义编译器相关的数据类型和中断处理的宏定义;一个。c文件实现任务的堆栈初始化、系统心跳的管理以及任务切换的请求;一个。s文件实现具体的任务切换，具体如图5所示。

FreeRTOS 下可实现创建任务、删除任务、挂起任务、恢复任务、设定任务优先级、获得任务相关信息等功能，在嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统的程序设计中调用xTaskCreate()函数创建监测、通信、控制三个任务，程序任务按设定优先级顺序执行实现既定功能。

监测任务(vmonitorTask)实现对干燥室内温湿度以及鼓风机转速的实时监测。嵌入式处理器将通过参数传感器获得的实时参数进行保存。

通信任务(vcommunicateTask)实现上位机与嵌入式处理器的实时通信。嵌入式处理器接收PC上位机发送的干燥温度和湿度上限值，并将收集到的温湿度以及鼓风机转速参数发送至PC上位机进行实时显示。

控制任务(vcontrolTask)实现干燥室内的温湿度控制。PC 上位机设定的干燥温度作为系统控制目标量，参数传感器测得的实时温度作为输入量调用PID算法，输出量作为变频器工作频率调节鼓风机转速实现干燥室的恒温控制。当干燥室内湿度超过PC上位机设定的湿度上限时，继电器控制排气扇动作完成过湿废气的排空作业。

程序任务执行框图如图6所示。

3.2 PID控制的应用

太阳能干燥设备运行时的系统参数无法通过有效的测量手段来获得，从而无法建立精确的数学模型。因此，系统控制器的结构和参数必须依靠工程经验和现场调试来确定。在综合考虑多种控制理论可行性并参照工程实践的基础上，嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统选用数字PID控制技术来实现干燥室的恒温控制。

嵌入式处理器以上位机设定干燥温度作为系统控制目标量，以干燥室内实时温度作为输入量调用PID算法。PID 输出量作为变频器工作频率对鼓风机转速进行实时调节，从而实时增减送入热风量以完成对干燥室的恒温控制。

考虑到温度调节的特性要求，本系统采用PI 控制。即先根