基于嵌入式的温室执行机构控制器的设计
摘要针对温室执行机构电力柜控制系统存不足提出了种基嵌入式技术执行设备控制方法设计控制器采用五单相磁保持继电器作动作执行元件通零检测电路、继电器驱动电路配合相应嵌入式软件实现温室设备实监测与控制。
试验证明该控制器满足设计要指标具有定应用价值。
关键词温室；执行设备；控制器；继电器图分类；7 献标识码 编0398（0）33700gg Gr r rllr B b lgG L glbX （ grlrl z；b rr r r grlrl & lg 30075 ）br rg r rl x gr r rllr vl rl b b lg r r rllr g v gl g lg rl r x rg zrrg r rl rvr r rg rrv b r rlz rl rg rl gr q Rl rllr l g rqr r rl K r gr； r； rllr； rl温室环境控制技术作现代设施农业技术种随着计算机技术和农业技术进步而逐渐发展起并向着络化、智能化方向发展[]。
温室环境控制基原理是通传感器实地监测关心环境因子如温、湿、光照、浓、和等然将这些传感数据集采集回再借助植物生长所目标环境参数（专系统）通计算机技术和动控制技术对这些环境因子进行集调控具体讲就是对温室些执行机构进行控制。
国外关温室环境控制技术研究集三方面其系统及硬件方面研究[]。
主要研究如何构建整套温室监控系统从传感器数据采集、无线通信再到计算机集控制。
由工业控制技术较成熟、可靠性较高将工业控制器应用温室控制系统也是近年研究方向。
其三将作物模型和温室环境相结合进行温室环境调控方面研究[]。
目前针对温室执行机构控制器研究还是空白而执行设备控制器处整温室控制系统末端控制环节所有控制算法和控制策略实施终都要归结控制执行机构上。
设计原理现代温室控制系统调控设备或称终控制对象包括天窗、侧窗、湿帘、风机、湿帘水泵、外遮阳、补光灯、环流风机、热风炉、发生器等。
每执行设备按控制方式不分三类类是对三相交流电机正反运行控制包括天窗、侧窗、外遮阳、遮阳等；二类是交流三相电机起停（开关）控制包括环流风机、湿帘风机、热风炉等；三类是两相电开关控制包括补光灯、发生器、水泵等。
主要针对类设备控制器进行研究其他两类控制设备相对简单些可以参照类控制器设计。
温室执行机构部分由三相电动机正反传动而目前比较普遍做法是配备相应电力控制柜其基组成是使用熔断器、接触器以及继电器并按照定接线方式控制三相电机正反。
由这种设备成低廉构建简便广泛应用简易或连栋温室棚。
然而电动机正反切换由电动机容量较或操作不当等原因容易导致接触器主触头产生电弧。
电弧是高温高导电率游离气体它不仅对触头有很破坏作用而且使电路断开延长从而严重影响整系统稳定性和使用寿命。
并且现代温室环境控制技术发展主要趋向控制系统智能化和信传输无线化。
传统继电器、接触器控制线路已不能适应现代温室环境控制系统要。
其控制原理是通微控制器协调控制五磁保持继电器闭合实现三相电机起、停、正反控制。
了避免继电器投切电弧产生控制器设计了交流零检测电路保证继电器交流零关断电路。
控制器配备了交流电压、电流检测功能能够线监测电机运行状态并动处理各种异常状况。
控制器硬件设计控制器以R 3位微处理器核心主要责控制继电器、采样芯片R85通信、ZgB无线通信和协调处理些断信。
采样芯片责三相电压、电流、频率、功率因素以及有功无功测量并且对压、欠压、缺相和流进行检测以便及启动保护功能。
电存储模块用存储每块微处理器地电机消耗电能以及用判断和计算参数等。
微处理器从采样芯片取测量值进行分析计算。
如发现异常则立即通知处理器执行切断操作。
控制器配备总线、ZgB无线通信接口用以实现信息交与络控制（图）。
零检测单元设计三相电机控制器作种功率开关使用磁保持继电器关断程会产生电弧。
电弧是高温高导电率游离气体它不仅对触头有很破坏作用而且使断开电路延长严重影响设备使用寿命。
因如触头电流零分开并瞬将触头拉开到足以承受恢复电压而不发生击穿距离则触头隙就不会产生电弧。
零检测部分框图如图所示。
图63是单电仪表放器。
仪表放器能够对很微弱差分电压信进行放并且具有很高输入阻抗。
首先感器输出交流电流信通电阻换成电压信电压信被分成两路路用零检测路用电能参数测量。
63被设计成电压跟随输出增益其作用提高零检测单元输入阻抗将检测信与电能参数测量信隔离。
通L339实现零比较换由其部带有电压滞回电路可以消除交流信零抖动而产生输出振荡。
电流感器输出正弦信零检测电路整形标准方波送至微控制器外部断输入口。
所以当微控制器确定交流信电流零不是马上控制继电器动作而是根据继电器动作算出延迟使正下电流零周期切断继电器。
磁保持继电器常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢作用通常其触处保持状态线圈不继续通电仅靠永久磁钢磁力就能维持继电器状态不变。
其开关状态换是靠定宽脉冲电信触发而完成。
因控制触换只线圈两端输入定宽正向或反向直流脉冲就可以实现磁保持继电器接通或切断。
图3rl与rlB微控制器输出控制信并通光耦实现与驱动电路隔离。
当rl高电平、rlB低电平Q与Q导通、B两端形成正向脉冲驱动继电器闭合。
当rl低电平、rlB高电平Q与Q3导通、B两端形成反向脉冲驱动继电器断开。
3 采样监测单元设计检测部分采用珠海炬力公司电计量芯片70。
70能够测量各相以及合相有功功率、无功功率、有功能量和无功能量等还能测量各相电流、电压有效值、功率因素、频率等参数。
它还提供接口方便与外部控制器进行计量参数以及校表参数信息传递。
电能参数测量功能框图见图。
3 控制器软件设计控制器程序主要包括继电器控制程序、零检测程序、采样监测程序、数据存储程序、ZgB无线通信程序、通信程序等。
然而嵌入式系统只有因具体刻只能允许多任任占用。
如使用传统“前”台方式编写程序各任是靠断触发置标志位然主程序循环里逐询任标志从而执行相应任函数。
该控制器是多任函数实系统对任响应有严格要。
显然这种“前”程序模式不适合该控制器。
是嵌入式多任实操作系统。
它包括了任调、任管理、管理、存管理和任通信和步等功能[6]。
并且它是基优先级可抢占式硬实核即使正运行某低优先级任当高优先级任准备就绪该高优先级任就会剥夺正运行任使用权而使己获得使用权。
控制器上了操作系统只针对功能编写相应应用程序即可然根据任紧迫性设置相匹配任优先级保证各功能完成实现。
继电器切断程序流程图如图5所示。
当收到断开指令先使能外部下降沿断当检测电路检测到电流零刻触发外部断告知控制器。
当要执行电机反控制控制器先判断当前动方向然调用切断控制程序。
当断开成功延段等待电机停止运然执行换相闭合继电器程序从而实现电机反方向运。
图6正弦波形电流感器输出信。
方波电压比较器输出波形。
由比较器两端压差0 V其输出就能从种状态变到另种状态。
从图6可以看出方波下降沿几乎与正弦交流信零重合。
多组测量结显示磁保持继电器其额定电压驱动下执行关断动作约9。
零关断波形图如图7所示试验结合预期设计要。
传统温室执行机构控制方法如图8左边所示其原理是使用开关器件、熔断器、接触器以及继电器按照定接线方式链接通控制三相电机正反从而实现对温室执行机构控制。
该控制方式容易导致触头产生电弧存安全隐患且严重影响设备使用寿命并且不合现代温室控制技术发展要。
控制器采用五单相磁保持继电器作动作执行元件通其零检测电路、继电器驱动电路配合相应实嵌入式软件实现三相电机起、停、正反控制。
执行设备控制器具备多种通信接口可以以总线形式挂接到央控制器作构建智能温室控制系统不可或缺重要环节。
5 结设计执行机构控制器采用五单相磁保持继电器作动作执行元件通其零检测电路、继电器驱动电路、配合相应实嵌入式软件实现三相电机起、停、正反控制。
控制器具备多种通信接口可以以总线形式挂接到央控制器作构建智能温室控制系统不可或缺重要环节。
参考献[] 周长吉现代温室工程[]北京化学工业出版社00[] 陈建恩王立人基以太温室测控系统架构方案[]农机化研究003（）95[3] 刘东利王延耀张建勇神络模糊算法温室温控制仿真研究[]农机化研究006（0）707[] 余朝刚温室气候环境微机测控系统与控制方法研究[]杭州浙江学005[5] 许志红张培铭郑 昕智能交流接触器零电流分断控制技术实现[]低压电器006（7）6[6] 任 哲嵌入式实操作系统原理及应用[]北京北京航空航天学出版社009