一種多功能聯(lián)網(wǎng)型熱泵控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(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)度模仿了實時系統(tǒng)(Real-timeOperating System，RTOS)的原理。實時系統(tǒng)的特點是，如果邏輯和時序出現(xiàn)偏差，將會出現(xiàn)嚴重的后果，這一點與熱泵系統(tǒng)具有繁多任務(wù)的特點相符。輪詢法多任務(wù)調(diào)度的宗旨是使各個任務(wù)盡快地執(zhí)行，不要求限定某一任務(wù)在多長時間內(nèi)完成。輪詢法多任務(wù)調(diào)度中，各個任務(wù)具有同樣的優(yōu)先級。允許一個任務(wù)優(yōu)先確認一段時間，然后切換給另一個任務(wù)。其中，時間段的計時由軟定時器來實現(xiàn)，具體實施方法如下。
在水箱控制器以及熱泵控制器中，包含多項子設(shè)備的控制。該系統(tǒng)針對每個獨立子設(shè)備的控制設(shè)計了專門的軟件控制模塊，工程應(yīng)用中可根據(jù)實際需要裁剪所需的模塊組合，如圖12所示。每個軟件功能模塊，都采用狀態(tài)機的方式，每次運行至某一個模塊，如果該模塊的當
前狀態(tài)未完成，則切換至另一個模塊，直到下次切換回該模塊，且當前狀態(tài)完成，才進入下一狀態(tài)繼續(xù)運行。每個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，所以給每個任務(wù)每一狀態(tài)分配的代碼執(zhí)行時間不長，任務(wù)內(nèi)部也并不需要進行占用資源較大的運算等操作。大多數(shù)時間任務(wù)處于延時等待狀態(tài)，因此，當某一任務(wù)進入延時進程中，控制程序就可以去查詢執(zhí)行其他的任務(wù)，等延時完成再執(zhí)行該任務(wù)的處理程序即可。由此可以實現(xiàn)在短時間內(nèi)的任務(wù)循環(huán)切換。功能模塊內(nèi)部狀態(tài)機結(jié)構(gòu)如圖13所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162187.htm
3．2．2 軟定時器算法的實現(xiàn)
在該系統(tǒng)中，延時也是系統(tǒng)輸出的一個重要部分。但是在傳統(tǒng)的延時算法里面，大多是讓CPU執(zhí)行空語句，這樣非常浪費系統(tǒng)資源。這里采用單循環(huán)隊列定時器算法。理論上可以把一個定時器擴展成任意多個定時器，以滿足系統(tǒng)需求。
單循環(huán)隊列計時原理如下：
可以通過聲明一個具有n個元素的數(shù)組來拓展得到n個軟件定時器。同時，定義一個指向數(shù)組元素的循環(huán)計時隊列指針。每當定時中斷發(fā)生時，循環(huán)計時隊列指針所指向的定時器元素減1，并且移向下一個元素。當某個元素(軟件定時器)的值減到0時，置位與該元素相應(yīng)的定時器標志位，以便在程序中查詢定時時間是否已到。當然，也可以在程序中通過查詢該數(shù)組元素是否為0來確定。由上可見定時器的定時時間計算如下：
定時時間=中斷時間間隔×定時器元素數(shù)量
一個軟件定時器的簡單例子如圖14所示。
該系統(tǒng)所采用的這種單循環(huán)隊列定時器算法，實現(xiàn)簡單，而且每個計時周期只需進行一次減法操作，突破了硬件定時器中的數(shù)量限制。從系統(tǒng)資源占用的角度來看，是最有效的定時器算法。
4 系統(tǒng)抗干擾措施
在該系統(tǒng)中，壓縮機、水泵、外風機等都是大功率強電設(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，一個突出的影響來自雷電。因此，增強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個電平區(qū)域，包括單片機電平區(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)置了光耦進行隔離。
另外，該系統(tǒng)中采用了多種保護器件，包括自恢復保險絲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)器相比的顯著特點是片內(nèi)A、B引腳接有高能量順變干擾保護裝置，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)動器設(shè)計成限斜率方式輸出，使輸出信號邊沿不會過陡，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元件。而CAN總線自身抗電磁干擾性高，傳輸距離遠和可靠的錯誤處理和檢測機制，也加強了系統(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
基本完成了整個熱泵空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件和軟件的實現(xiàn)。通過RS 485或CAN通信實現(xiàn)了遠距離的通信控制，做到真正的大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)。對機組外部環(huán)境的多種因素進行探測，設(shè)計出一套根據(jù)實際情況進行模式轉(zhuǎn)換，關(guān)機報警等動作的可靠系統(tǒng)。輪詢法多任務(wù)調(diào)度以及軟件定時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了系統(tǒng)對惡劣外部環(huán)境的適應(yīng)能力。
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