ARM嵌入式控制器应用于印染设备监控中

3 上位机和变频器

　　PC机与变频器的通信采用USS协议。该协议由SIEMENS AG定义，主要以RS-485总线方式将多台西门子公司生产的变频器、直流调速器或PLC等终端设备与工业控制计算机相连，实现远程监控。USS协议是开放的，所以为用户开发自己的基于该协议的软件产品提供了可行性。这样不仅有利于降低开发成本，而且能充分满足特定项目的需要，方便日常的工控网络维护。

　　USS协议支持多点联接，支持主一从存取方式，用于单主站系统，最多可链接32个站。USS协议支持可变和固定报文长度，报文格式简单，通信字符格式为：1位起始位、1位停止位、1位校验位、8位数据位，波特率最高可达18715Kbps。

　　图2为变频器MM440的通信报文结构，对报文的具体字符含义不做过多解释，强调一点MM440支持BiCo（二进制互联连接）技术，用户可更方便的对它进行参数的控制。

图2 变频器通信报文结构

　　在变频器与PC机进行485通信前，对于MM440的参数设置至关重要。首先将所有参数复位到出厂设置：

　　P0010（调试参数过滤器）：30，表示为工厂的设定值；
　　P970（工厂复位）＝1，表示所有参数都复位到它们的缺省值；
　　设置参数：P0700（选择命令源）＝5，表示C0M 链路的USS设置；
　　PIO00（频率设定值的选择）＝5，表示可通过USS对变频器进行控制；
　　P2010（USS波特率）＝6，表示通信波特率选9600；
　　P2011（USS地址号）＝1，表示变频器1的地址为1；
　　P2009（USS规格化）＝1，表示数值是以绝对十进制数的形式发送[即4000（十进制）（＝0FA0hex）等于40.00Hz]；
　　P2012（USS协议的PZD（过程数据）长度）：2，表示PZD传输的是控制字和设定值，共2个；
　　P1013（USS协议的PKW 长度）＝4，表示用4个字节读写各个参数的数值；
　　P2014（USS的停止传输时间（ms））＝X，表示允许用户设定一个时间X，在经过这个时间以后，如果USS通道接收不到报文，就将产生故障信号F07O。

　　上位机和变频器通信采用VB6.0编程，程序编制上采用事件驱动的通信方式。串口每接收16个字符便激活一个OnComm（）事件，在On-Comm（）消息处理函数中，加入相应的处理代码，实现对变频器参数的在线修改。

4 上位机和ARM

　　嵌入式控制器采用三星公司的32位微处理器S3C44B0，芯片的内核是16／32位ARM7TDMI精简指令结构处理器，是一种低功耗，通用微处理器内核，特别适合于对价格比较敏感产品的设计[4]。S3C44B0芯片除了微处理器内核外，在芯片中还集成了许多外围设备，如8通道10位ADC，1个I2C-BUS控制器，LCD控制器，2通道UART。最重要的是它可以移植操作系统uClinux进行管理。uClinux是一个优秀的嵌入式操作系统，它很适合那些没有MMU（Memory Management Unit）的处理器。没有MMU 的处理器在嵌入式领域中应用相当普遍。针对uClinux内核的二进制代码和源代码都经过重新编写，以紧缩和裁剪基本的代码。这就使uClinux和标准Linux 2.0内核相比非常小，但它仍然保持了Linux操作系统主要优点。

　　本系统中，我们用带uClinux操作系统的S3C44BOX控制器，用它自带的一路10位ADC，方便的对拉幅热定型机的烘房温度进行较高精度的数据采集；通过I2C总线和外围计数芯片实现两路电机转速的采集。一个UART用作485总线接口，与PC机通信；一个LCD控制器直接接3.5寸的STN液晶器，方便观察。由于uClinux本身已经做好网络的移植，本系统采用网络芯片RTL8019AS把嵌入式接入以太网，用户可以通过浏览器访问该控制系统的运行数据，实现对系统的远程监控。

　　在拉幅热定型机中，作为主传动，带动布铗的主、从电机的线速度同步，是保证加工质量的关键，控制算法通常在PC机中完成，由于本系统采用32位微处理器，所以完全可以在作为下位机的ARM控制器中完成。PC机仅用于监测和变频器通信，大大减轻了负担。而且S3C44B0具有很好的移植性，可以作为模块方便的挂在485总线上。嵌入式控制器S3C44B0和PC机之间，我们定义了下面的收发协议，如图3所示。其中命令包括复位命令和发送命令，若接收方在约定时间内未收到发送命令帧，则发送复位帧，双方回到通信程序的开始，清空缓冲区，然后重新同步，具体流程如图4所示。

图3 控制器和PC机通信协议