嵌入式计算机 PC 104 及其在轮胎硫化系统中的应用
陈剑刘君华 史百舟 赵向阳 (西安交通大学电气工程学院 710049)
摘要 本文阐述了嵌入式计算机的优点, 介绍了 PC 104 嵌入式计算机模块的结构特点和它在嵌入式系统的设计方法.以轮胎硫化
系统为例, 从硬件和软件两个方面讲述了 PC 104 模块在工业实际中的应用.
关键词 嵌入式系统 PC 104 模块 轮胎硫化
Embedded Computer PC 104 And Its Application in Tyre Vulcan ization System
Chen J ian L iu Junhua ShiBaizhou Zhao X iangyang
(E lectrical eng ineering school of X i'an j iaotong university X i' an 710049)
Abstract This paper expatiates the advantages of em bedded computer, introduces the structure and character2
istic of a kind of em bedded computer- PC 104 module, its design m ethod in em bedded system is also discussed
in this article. A s an examp le in tyre vulcanization system , the paper also talks. about its app lication in indus2
try on hardw are and softw are two sides.
Key words Em bedded system PC 104 module Tyre vulcanization
1 引言在工业控制系统和智能仪器仪表中, 工控 PC 机
以其生产的规模化、标准化和配备丰富的应用软件等
特点而得到广泛应用, 然而随着控制对象的多样化(如
智能家电系统) , 体积庞大、功耗过高的台式工控机就
不适合使用.而嵌入式产品方兴未艾, 它具有功耗小
模块性强等优点, 应用愈加广阔.结合两者优点, 工程
师在设计产品就可以将定义完善的 PC 标准结构体系
应用在嵌入式产品中, 以加快产品的开发周期, 业界就
提出了"嵌入式 PC"的概念.一方面它有与 PC 工业总
线(ISA ) 类似的标准总线定义及其它标准接口(如串、
并口) , 并有各种软件、开发工具及相关知识的支持(如
各种实时操作系统、设备驱动程序、函数库等); 另一方
面它又能以最小的风险, 最低的成本, 最短时间开发出
灵活性和针对性都很强的新产品以占领市场, 具备嵌
入式开发的特点.因此, 将PC 体系结构应用于嵌入式
系统意味着节省大量的开发时间和成本, 减少产品维
护和技术支持, 有广阔的应用前景.
2 嵌入式计算机 PC 104
PC 104 模块就是一种嵌入式计算机产品, 尺寸
图19. 0cm *9. 58cm , 具有层叠式、自栈接的模块化结构.
第22 卷第 4 期增刊 仪器仪表学报2001 年8月C1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
它也是一种总线标准, 即IEEEP996. 1 标准, 其总线定
义与 PC A T 总线相对应, 被分配到 64 芯和 40 芯两
个加固的公 母直立式总线连接插头, 取代了标准 PC
的62 芯和 36 芯边缘总线 (金手指) 连接器, 这种栈接
总线消除了台式 PC 系统母板, 节省空间. 同时 PC1
04 还有严格的电气标准 (主要是低功耗) , 符合以上
标准的模块都称做 PC104 产品, 通常有 CPU 模板、数字IO板, 模拟量采集板、网络模板等功能模块.所有
这些模板可以像"搭积木"一样相栈接到一起, 各模块
之间连接紧固, 不易松动, 更适用于在强烈振动的恶劣
的环境下工作.图1显示了 PC 104 总线管脚定义.
为了适用于便携式产品, PC 104 采取低功耗工作
方式(每模块 1~ 2 瓦) , 总线驱动电流仅 4mA , 这样不
仅允许 HCT 系列和VL S I 芯片直接驱动总线而无须
另加缓冲芯片, 而且还使 PC 104 较一般 PC 总线降低
了电磁辐射(EM I) , 减弱了对其他电气设备的干扰.
在实际应用中, 类比于软件"面向对象"的设计方
法, PC 104 模块还可作为一种"面向对象"的硬件, 一
种接口定义完备的"宏部件", 由于接口的标准化和继
承特性, PC 104 模块具有很好的移植性, 比如组建一
套工程系统, 用户可综合考虑性价比等因素, 选择合适
的、可独立测试和维护的各种 PC 104 模块, 组建构成
合理、性能完善的系统, 这就体现了现代嵌入式系统的
设计思想.可以预见, 在"后PC 时代", PC 104 这类嵌
入式产品将成为各种智能产品控制核心的主流, 广泛
应用于各种智能家电, 便携式智能仪表, 医疗器械等电
气产品中.
3 轮胎硫化控制系统
3. 1 硫化工作过程
在轮胎制造中, 硫化是最后也是最重要的一道工
序.轮胎在这道工序中要经过一系列复杂的化学和物
理反应而最终成型, 用微机控制硫化过程, 就是通过科
学的手段对硫化的三要素即温度、压力和时间进行科
学控制, 从而提高产品质量.
硫化可分为准备、运行和结束三个阶段, 按结束→
准备→运行→结束的顺序循环运行.初始时, 需要设定
硫化工序、P ID、报警上限等参数.在运行阶段, 系统对
硫化罐的内温、外温、内压进行自动巡回检测, 同时扫
描外部数字量信号输入 (如步进, 减时, 延时等信号)
根据设定工序和算法, 执行相应的动作, 如控制 12 个
电磁阀的开闭, 对轮胎外温进行 P ID 控制等.当温度
或压力超限时, 控制器启动声光报警信号.
3. 2 系统硬件设计
针对以上要求, 在本系统中, 采用了磐仪公司的
PC 104 CPU 模块—P IA 3386 作为控制核心, 它有
386SX 内核, 具有软驱、硬盘、DOC 电子盘、液晶显示
器、CR T 显示器、PC 键盘和标准串并口等一系列标准
PC 外设接口, 还配有 R S485 接口, 适于远程组网.为
了适用于实时控制, 此模块较台式 PC 多出了硬件看
门狗(w atchdog) 功能, 用于提高系统稳定性.
图2图3(下转第 466 页)
除CPU 板外, 此系统还采用了有数十个 I O 点的
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Interval 属性值确定了控件产生定时事件的间隔.应
用程序必须至少创建一个窗体 (Fo rm ) 才能使用Tim er 控件.设置好定时间隔, 并在 T im er 事件中加入
相关的数据采集和控制输出代码即可实现定时数据采
集和控制输出.虽然实时控制中使用 T im er 控件进行
软件定时非常方便, 但也有一些限制, 如定时的精确度
和定时的可靠性问题.但如果采取以下措施, T im er 控
件定时性能可以得到提高.以适应一般的控制需要:
①系统采样周期的精确度要求不大于 55m s, 如液
位、流量、温度等过程控制; ②除了数据采集和控制输
出代码, 在定时事件中不要放入复杂的控制运算, 降低
CPU 不必要的运算强度和额外开支; ③优化系统软件
环境, 减少其他程序的运行, 尤其是对外围设备访问频
繁的应用程序.
312 采用W in32AP I 定时函数 W in32 提供了另一
种可行的定时控制方案, 即利用位于W in32 底层的定
时控制A P I 函数.W in32A P I 函数又称应用程序编程
接口函数, 在定时间隔到来后, 线程通过Tim e2
SetEvent 调用 T im eP roc 函数, 该函数对定时事件进
行判断, 符合条件则调用相应处理函数进行
……

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