基于ARM+FPGA的真空凍干控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言
冷凍干燥技術(shù)自1980年代在我國(guó)興起以來(lái)已取得長(zhǎng)足發(fā)展，并已廣泛應(yīng)用于食品、低溫和真空等科學(xué)領(lǐng)域，基于一些食品和藥品加工行業(yè)的工藝需要，真空冷凍干燥技術(shù)需要迅速應(yīng)用與推廣。控制系統(tǒng)對(duì)物料的加工過(guò)程和質(zhì)量影響比較大，還決定了真空冷凍干燥裝置運(yùn)行的自動(dòng)化程度。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外一些有實(shí)力的廠家對(duì)凍干機(jī)控制系統(tǒng)的研究有了較大的進(jìn)展，采用了PLC、觸摸屏等裝置，能夠繪制凍干過(guò)程的工藝曲線，較大地改善了凍干機(jī)的性能。
隨著科技的發(fā)展，由于觸摸屏和PLC控制系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展、升級(jí)困難、操作界面不夠豐富等原因，已經(jīng)不能完全滿足企業(yè)的需要，市場(chǎng)需要開發(fā)出更加先進(jìn)的凍干設(shè)備控制系統(tǒng)。2007年1月上海遠(yuǎn)東制藥機(jī)械總廠開發(fā)完成了目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的嵌入式凍干控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)根據(jù)凍干技術(shù)對(duì)凍干機(jī)控制系統(tǒng)的新要求而設(shè)計(jì)，采用高性能的Xscale內(nèi)核嵌入式微處理器，結(jié)合FPGA完成集散控制(DCS)，該系統(tǒng)有穩(wěn)定可靠的工作性能、強(qiáng)大的擴(kuò)展功能、友善的界面，從而具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該控制系統(tǒng)主要由嵌入式微控制器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)器件、溫度調(diào)節(jié)模塊、真空度調(diào)節(jié)模塊、GSM模塊、本地和網(wǎng)絡(luò)PC、LCD控制、各種傳感器、打印機(jī)及檢測(cè)、控制模塊組成，如圖1所示。

控制系統(tǒng)的核心由ARM及FPGA器件組成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的通信、現(xiàn)場(chǎng)顯示、現(xiàn)場(chǎng)控制等功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度、真空度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。
檢測(cè)量模塊主要由傳感器、信號(hào)調(diào)整及采集等組成，實(shí)現(xiàn)溫度、真空度、濕度以及各主要部件(熱繼電器、交流接觸器位置等)的狀態(tài)的測(cè)量?？刂颇K主要由光隔離、驅(qū)動(dòng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，實(shí)現(xiàn)氣閥、水閥、電動(dòng)機(jī)、變頻器、加熱器等的驅(qū)動(dòng)與控制。LCD觸摸屏、IDE硬盤、打印機(jī)協(xié)調(diào)工作以實(shí)現(xiàn)凍干工藝曲線的實(shí)時(shí)采集、顯示、輸出與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，還有凍干機(jī)溫度與真空度參數(shù)的設(shè)置與控制等功能。