摘 要：主要介紹了一套煉膠機高壓油監(jiān)控系統(tǒng)" title="監(jiān)控系統(tǒng)">監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于嵌入式操作系統(tǒng)?滋C/OS-II,、串口服務器" title="串口服務器">串口服務器,、RS485總線和MC9S12DG256進行設計，可以設定參數(shù),，實現(xiàn)了實時顯示,、自動監(jiān)控、聲光報警,、遠程管理等功能,。
關(guān)鍵詞：串口服務器? 監(jiān)控系統(tǒng)? MC9S12DG256? uC/OS-II
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??? 橡膠工業(yè)的快速發(fā)展對煉膠機械性能的要求越來越高,。煉膠機高壓油包含高壓潤滑油和高壓軟化劑，其中,高壓潤滑油注入密封圈動靜圈之間,，起潤滑作用,；高壓軟化劑注入密封圈與耐磨板之間，軟化密封圈外的橡膠顆粒,，保證密封,。高壓潤滑油和高壓軟化劑分別具有各自的油路，協(xié)同工作,。高壓油系統(tǒng)的好壞直接影響著煉膠機的工作性能,。因此，有必要對煉膠機的高壓油系統(tǒng)進行準確,、高效的監(jiān)測控制,。在發(fā)達國家,，已經(jīng)實現(xiàn)了煉膠機高壓油系統(tǒng)監(jiān)控的自動化,；在國內(nèi)，對煉膠機高壓油系統(tǒng)的控制管理水平還比較落后,，尚未實現(xiàn)智能監(jiān)控,。
傳統(tǒng)煉膠機高壓油監(jiān)控系統(tǒng)存在以下缺陷：采用分散獨立的機械儀表測量壓力并進行壓力報警點檢測, 通過多個PLC控制油壓報警，溫度檢測,、液位檢測和油泵的運行采用專門PLC控制,，監(jiān)測儀表數(shù)量多、成本高,、精度低,、控制過程繁瑣、不便于統(tǒng)一管理,；系統(tǒng)顯示部分遠離操作者,，界面不友好，數(shù)據(jù)采集分析不方便,；現(xiàn)場布線復雜,，穩(wěn)定性差，造價高,；不具有遠程監(jiān)控功能,，不便于企業(yè)統(tǒng)一監(jiān)控管理?？傊?，傳統(tǒng)的煉膠機高壓油系統(tǒng)監(jiān)控管理水平比較落后，影響著煉膠機的工作性能,。
??? ?因此,，研究開發(fā)了新的煉膠機高壓油監(jiān)控系統(tǒng),。該系統(tǒng)基于以太網(wǎng)串口服務器和RS485總線構(gòu)建整體結(jié)構(gòu)，基于高性能MC9S12DG256微控制器" title="微控制器">微控制器進行硬件設計,，基于?滋C/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)進行軟件設計,。
1 煉膠機高壓油監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
以太網(wǎng)是當今最流行、應用最廣泛的通信技術(shù),，具有價格低,、多種傳輸介質(zhì)可選、高速度,、易于組網(wǎng)等諸多優(yōu)點,，而且其運行經(jīng)驗最為豐富，擁有大量安裝維護人員,，是一種理想的工業(yè)通信網(wǎng)絡[1],。該系統(tǒng)采用了臺灣MOXA公司的以太網(wǎng)串口服務器，構(gòu)建了智能化煉膠機高壓油監(jiān)控管理系統(tǒng),。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
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底層是現(xiàn)場控制層。采用RS485總線實現(xiàn)現(xiàn)場智能監(jiān)控設備的通信,。串口服務器自動實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議與RS485總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換,，實現(xiàn)串口設備與以太網(wǎng)絡的互聯(lián)。
??? 中間層為車間監(jiān)控層,，對車間進行整體監(jiān)控,。這一層從現(xiàn)場控制設備中獲取數(shù)據(jù),實現(xiàn)對現(xiàn)場控制設備運行狀況的監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題,。
頂層是遠程監(jiān)視管理層,，遠程用戶能隨時查詢現(xiàn)場控制設備的運行狀況,對生產(chǎn)過程進行實時的遠程監(jiān)控[2]。
1.2 MC9S12DG256微控制器簡介
??? 該系統(tǒng)中,，主控單元和數(shù)據(jù)采集模塊" title="數(shù)據(jù)采集模塊">數(shù)據(jù)采集模塊都以MC9S12DG256微控制器為基礎(chǔ),。MC9S12DG256微控制器是Freescale公司主推的16位微控制器產(chǎn)品之一，內(nèi)部總線頻率可達25MHz,；采用優(yōu)化的指令集,指令的運算速度得到了很大提高,。片上集成了許多標準模塊，包括一個16位中央處理器(HCS12 CPU),、３個同步串行通信口SPI,、２個異步串行通信口SCI、2個CAN總線接口（兼容CAN2.0A/B協(xié)議）,、1個I2C總線接口,、２個10位８通道A/D轉(zhuǎn)換模塊、8路輸入捕捉/輸出比較通道,、1個８通道PWM輸出模塊,、眾多獨立數(shù)字I/O口,。它具有較大的存儲空間，在片內(nèi)擁有256K字節(jié)的Flash,、4K字節(jié)的EEPROM,、12K字節(jié)的RAM，可以存儲大量的數(shù)據(jù)并可移植一些嵌入式操作系統(tǒng),。其內(nèi)部具有1個PLL模塊,，應用鎖相環(huán)技術(shù)提高了系統(tǒng)的電磁兼容性，降低了對外的輻射干擾,，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。它可以在-40～+125℃的溫度范圍下工作，惡劣環(huán)境對其應用的限制很小[3],。
MC9S12DG256微控制器擁有這些豐富的內(nèi)部資源和外部接口資源,，功能強大、運行速度較快,、抗干擾能力強,，并且具有較高的性價比，在汽車電子,、測量儀表,、自動控制等領(lǐng)域都得到廣泛應用,。
1.3 數(shù)據(jù)采集模塊
??? 在該監(jiān)控系統(tǒng)中,，數(shù)據(jù)采集模塊功能如圖2所示。數(shù)據(jù)采集模塊采集高壓油的壓力,、溫度,、液位等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過RS485總線傳送給主控單元,；接收主控單元發(fā)送來的數(shù)據(jù),，控制潤滑油和軟化劑加熱、加油和油泵的運轉(zhuǎn),。
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1.4 主控單元
????在該監(jiān)控系統(tǒng)中,，主控單元整體功能如圖3所示。主控單元接收來自數(shù)據(jù)采集模塊和PLC的數(shù)據(jù),，進行系統(tǒng)控制,。將控制命令發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊；顯示壓力數(shù)據(jù),、工作狀態(tài),；通過以太網(wǎng)串口服務器與上位機通信。
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1.5 壓力顯示單元
????在主控單元處進行油壓顯示,。按照要求,，有20個油壓檢測點,，每個檢測點用3位8段數(shù)碼管進行壓力顯示，對于壓力過高或者過低的測試點要給予閃爍指示,。這里采用了ALTERA公司的高性能CPLD芯片EPM570T144C5,，自定義了數(shù)碼管顯示管理方案。將顯示數(shù)碼管分為4組,，對每一組15個數(shù)碼管采用了動態(tài)驅(qū)動方法,。數(shù)碼管顯示管理電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。
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2 基于uC/OS-II" title="uC/OS-II">uC/OS-II的系統(tǒng)軟件設計
2.1 uC/OS-II在MC9S12DG256控制器上的移植
uC/OS-II是一個源代碼公開的嵌入式實時操作系統(tǒng), 是一個完全搶占式多任務的實時內(nèi)核,。uC/OS-II的使用使得應用程序的設計過程大為減化,，系統(tǒng)資源得到更好的利用，系統(tǒng)軟件的可擴展性和實時性得到保障,。
將uC/OS-II移植到MC9S12DG256微控制器上,，需要做兩方面的工作：一是為內(nèi)核編寫與硬件相關(guān)的代碼；二是重新定義內(nèi)核的大小和功能[4],。
2.1.1 為內(nèi)核編寫與硬件相關(guān)的代碼
為內(nèi)核編寫與硬件相關(guān)的代碼需要修改3個與微控制器體系相關(guān)的文件OS_CPU.H,、OS_CPU_A.ASM和OS_CPU_C.C。下文將分別介紹這3個文件的移植工作,。
?? ?（1）在OS_CPU.H文件中定義相關(guān)的宏,，聲明能夠識別的數(shù)據(jù)類型、堆棧寬度和增長方向,，定義開中斷函數(shù),、關(guān)中斷函數(shù)、保存堆棧指針函數(shù),、任務切換函數(shù),。其中堆棧由高地址向低地址遞減，任務切換函數(shù)通過指令陷阱來實現(xiàn),。
??? （2）在OS_CPU_A.ASM文件中修改與硬件相關(guān)的幾個匯編函數(shù),。
??? （3）在OS_CPU_C.C文件中，惟一必要的函數(shù)是OSTaskStkInit( ),，它是任務堆棧初始化函數(shù),。在MC9S12DG256微控制器上,任務堆棧空間由高至低依次保存著16位程序計數(shù)器PC,、16位變址寄存器Y,、16位變址寄存器X、8位累加器A,、8位累加器B,、條件碼寄存器CCR、參數(shù)指針PPAGE，如圖5所示,。當任務堆棧初始化完成后, OSTaskStkInit()返回新的堆棧指針,。
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2.1.2 重新定義內(nèi)核的大小和功能
????重新定義內(nèi)核的大小和功能，需要修改配置文件OS_CFG.H,。在該文件中重新定義任務最低優(yōu)先級,、最多事件控制數(shù)目、最多任務數(shù),、是否允許事件標志使能,、是否允許郵箱使能、時鐘節(jié)拍數(shù)以及其他的一些配置,。通過修改這些設置,，可對uC/OS-II進行裁剪，使之適應本系統(tǒng)的具體需要,。
2.2? 軟件系統(tǒng)任務劃分及管理
uC/OS-II是基于優(yōu)先級調(diào)度的實時多任務操作系統(tǒng),，因此，基于?滋C/OS-Ⅱ的嵌入式實時系統(tǒng)設計,，要根據(jù)設計目標將系統(tǒng)的功能合理地分解成單獨的任務,，合理安排任務的優(yōu)先級，并且需要解決任務之間的通信問題,。數(shù)據(jù)采集模塊任務劃分及管理如圖6所示,。主控單元任務劃分及管理如圖7所示。
該煉膠機高壓油監(jiān)控系統(tǒng)針對煉膠機車間的實際情況,，基于串口服務器和MC9S12DG256控制器進行硬件設計,，基于uC/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)進行軟件設計。經(jīng)實驗運行驗證,，該監(jiān)控系統(tǒng)成本低廉,，控制靈活,，操作方便,，穩(wěn)定性高，可滿足現(xiàn)實生產(chǎn)需要,。
參考文獻
[1]?陳俊,，余兵．工業(yè)以太網(wǎng)絡技術(shù)的應用與發(fā)展． PLC &?FA，2006,，(3).
[2]?程曉琳,，徐用懋．現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡模型與網(wǎng)絡集成．測控技術(shù)，2000,(10).
[3]?MC9S12DT256 device user Guide V0307． Freescale semiconductor,，Inc,，2006.
[4]?JEAN J． L著，邵貝貝等譯．嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS-II（第2版）．北京：北京航空航天大學出版社，?2003.