大型军用仓库通风机集成智能控制系统设计研究

王克群

摘 要：通过大型军用仓库通风机集成智能控制系统的软件开发设计，提高离心通风机的集成智能控制能力，传统的控制系统采用X86架构的GNU开发工具进行控制系统集成设计，系统的多线程处理性能和控制精度不好。在嵌入式Linux内核驱动环境下进行系统的软件开发，进行大型军用仓库通风机集成智能控制系统软件模块的总体设计及功能指标分析，大型军用仓库通风机集成智能控制系统主要由进程管理、内存管理、文件系统、设备管理、网络系统等子系统组成。实现控制信息的采集、控制数据处理、控制输出和人机交互。以Linux2.6.32内核为平台，进行控制算法程序加载，采用Qt/Embedded 4.6创建控制系统在嵌入式设备上的图形用户接口，实现可视化控制，完成离心通风机集成智能控制程序的编译、安装，实现软件集成设计。系统调试和测试结果表明，采用该大型军用仓库通风机集成智能控制系统进行智能控制，输出误差较低，控制稳定性较好，面向对象性较优，较优较好的控制品质。

关键词：大型军用仓库通风机；智能控制；软件开发；嵌入式Linux

中图分类号：TP273 文献标识码：A

Design and research on integrated intelligent control system for large scale military warehouse

WANG Kequn

（No. 91640 Troops of PLA， Zhanjiang Guangdong 524064， China）

Abstract： Through the software design and development of integrated intelligent control system of large scale warehouse ventilation， improve the integrated intelligent control ability， the traditional control system uses X86 architecture GNU development tools for the integrated design of the control system， the system of the multi thread processing performance and control precision is not good. Software development in the embedded system Linux kernel environment， analysis of large scale military warehouse ventilation control system software module integrated intelligent design and function， to form a large military warehouse fan integrated intelligent control system is mainly composed of process management， memory management， file system， device management， network system. Control information acquisition， control data processing， control output and human-computer interaction. Based on Linux2.6.32 platform， control algorithm program load， using Qt/Embedded 4.6 to create a control system in embedded devices on the graphical user interface， visual control， complete the centrifugal fan integrated intelligent control program is compiled， installed software， integrated design. System debugging and test results show that the large scale warehouse fan integrated intelligent control system of intelligent control， the output error is low， control stability， object oriented is better than control， good quality.

Key words： large military warehouse fan； intelligent control； software development； embedded Linux

0 引言

大型军用仓库存储武器和战备物资，对仓库的防潮和通风性能具有较高的要求。随着集成自动控制技术的不断发展，对控制系统的控制鲁棒性和控制的品质要求越来越高，采用嵌入式控制芯片结合控制系统的软件设计，进行大型军用仓库通风机的集成智能控制，能有效提高大型军用仓库通风机的机电控制、电气控制等方面的控制性能。大型军用仓库通风机是建立在物联网环境下的，通过信息传感设备，实时采集大型军用仓库通风机的工况信息，实现对大型军用仓库通风机的实时监控和信息通信，在物联网环境下，进行对大型军用仓库通风机的集成控制，将在计算机测量与微机控制等领域展示较高的应用前景，相关的控制系统设计受到人们的关注。

对大型军用仓库通风机集成智能控制系统的开发设计主要分为硬件设计和软件设计两大部分，本文在前期的硬件设计的基础上，重点对通风机控制系统的软件模块进行开发设计，传统方法中，对大型军用仓库通风机集成智能控制系统的设计方法主要有ARM寻址技术的软件开发方法、基于GPRS通信接口设计和PID模糊神经网络控制的大型军用仓库通风机集成智能控制系统开发方法、基于Android嵌入式系统的离心通风机多模集成智能控制方法等[1-3]，通过嵌入式软件开发设计，实现了大型军用仓库通风机多模集成智能控制，取得了较好的控制品质，相关文献进行了具体的论述，其中，文献[4]提出一种基于射频识别RFID技术和多模VIX总线控制的大型军用仓库通风机集成智能控制系统设计方法，通过远程监测、智能传感器数据采集和远程多模式操控，实现对大型军用仓库通风机的智能控制，但是该控制系统在采用AD7656驱动主控系统进行控制程序加载中，容易产生基线漂移和失真，控制的收敛性不好。文献[5]提出一种基于IEEE488.2标准下Bus采集的大型军用仓库通风机集成智能控制系统的软件开发，在主机agent发送的各种监测数据进行控制程序加载，构建HP E1485A/B多模控制模块，进行通风机的鲁棒性控制，取得了较好的控制效果，但是该系统使用Qt/Embedded作为GUI，在控制器的人机交互模块产生数据误码输出，控制系统的稳健性不好，传统的控制系统采用X86架构的GNU开发工具进行控制系统集成设计，系统的多线程处理性能不好。

针对上述问题，本文提出一种基于嵌入式Linux内核驱动环境下的大型军用仓库通风机集成智能控制系统的软件开发设计方法，首先进行了大型军用仓库通风机集成智能控制系统的总体设计和功能模块分析，进行嵌入式Linux的体系结构构架，在Linux内核大型军用仓库通风机集成智能控制系统的子系统分别是进程管理、内存管理、文件系统、设备管理、网络系统等，对控制系统进行软件开发集成设计，最后通过系统调试和仿真实验进行了性能测试，本文设计的大型军用仓库通风机集成智能控制系统表现出了较好的控制稳健性，得出有效性结论。

1 总体设计及功能指标分析

1.1 大型军用仓库通风机集成智能控制系统总体设计

首先分析大型军用仓库通风机集成智能控制系统总体设计并进行功能模块分析和介绍，大型军用仓库通风机集成智能控制系统建立在通用计算机平台上，控制系统可以在不同的操作系统上进行大型军用仓库通风机的机电信息采集和数据加工处理，为了提高控制系统的兼容性，大型军用仓库通风机控制系统可以安装windows系统，也可以安装Linux系统。大型军用仓库通风机集成智能控制系统采用ARM作为核心控制单元，在嵌入式Linux的内核结构中进行软件开发设计，集成智能控制系统采用的是PID控制算法，进行大型军用仓库通风机的进程管理和控制信息数据调制解调处理，通过CAN发送程序[6-9]。

在大型军用仓库通风机集成智能控制系统设计中，Linux内核由几个重要的子系统组成，分别是进程管理、内存管理、文件系统、设备管理、网络系统等。其中，离心通风机集成智能控制系统的进程管理主要完成进程的创建、中止、进程间的通信及任务调度，这个是Linux内核最核心的地方，由于Linux中可以支持多个文件系统，能实现多线程管理和控制。进程管理的相关文件是在Linux内核源码目录的kernel中实现的，在系统的开发过程中需要良好的人机交互能力，在控制系统的接口程序部分，需要构建可视化的操作界面，系统使用Qt/Embedded作为GUI，进行控制系统的可视化操作，根据上述分析，构建大型军用仓库通风机集成智能控制系统软件模块总体设计框图如图1所示。

1.2 控制系统的功能模块技术指标分析

根据上述对大型军用仓库通风机集成智能控制系统软件模块总体设计结构，进行系统的功能模块分析，本文设计的大型军用仓库通风机集成智能控制系统的技术指标描述如下：

（1）大型军用仓库通风机控制信息采集的多通道数据记录动态范围：-40dB～+40dB，PCI总线模块的放大量为100dB，输出控制信息的幅度 V；

（2）集成智能控制系统中收发转换采样通道：8通道同步、异步输入；

（3）离心通风机的控制信息离散采样率： 200 KHz；

（4）VME总线传输的A/D分辨率：10位（至少）；

（5）编译内核的D/A分辨率：12位（至少）；

（6）MXI总线控制的D/A转换速率： 200KHz；

根据上述功能模块分析和控制系统的技术指标描述，进行大型军用仓库通风机集成智能控制系统的软件开发设计。

2 控制系统软件开发设计与实现

2.1嵌入式Linux定制及内核结构构建

在上述进行了大型军用仓库通风机集成智能控制系统软件模块的总体设计及功能指标分析的基础上，进行控制系统的软件开发模块化设计，对大型军用仓库通风机集成智能控制系统的嵌入式Linux内核结构进行构建，采用了Make menuconfig 进行大型军用仓库通风机集成智能控制系统内核的配置。大型军用仓库通风机集成智能控制系统Linux内核配置过程如图2所示。

图2 大型军用仓库通风机集成智能控制系统Linux内核配置过程

Fig. 2 Large scale military warehouse ventilator integrated intelligent control system Linux kernel configuration process

在图2所示的集成智能控制系统Linux内核配置选项中，使用make menuconfig命令进行配置，配置完成后，进行大型军用仓库通风机集成智能控制系统的嵌入式Linux定制和控制程序的编译，编译主要代码描述为：

Generates Settings --->

Mkyaffsimage filesystem --->

[*]downloaded //通风机集成智能控制算法下载

Applets links（as soft-links） --->

（/home/Documents/nfs） linux-gnueabi Installation prefix

[*]Lash（arm-angstrom-linux）// lib目录下提供内核

根据上述分析，实现大型军用仓库通风机集成智能控制系统的控制算法编译和程序加载。

2.2 集成智能控制系统的软件开发功能模块实现

在上述进行了大型军用仓库通风机集成智能控制系统的嵌入式Linux内核结构设计和程序编译的基础上，进行软件的模块化开发和多线程控制设计，软件设计以Linux2.6.32内核为平台，通过网线、232串口、USB进行控制系统的应用程序开发，大型军用仓库通风机集成智能控制系统的逻辑时序控制信号通过高性能的MAX7000AE嵌入式处理芯片进行控制算法程序加载，通过调用request_irq（）函数来申请离心通风机集成智能控制的中断，调用free_irq（）函数来释放离心通风机集成智能控制的时钟中断，中断字设计为：

#define MISC_ MISC_DYNAMIC 255 //主设备号

#define s3c2440_pwm "pwm"//设备文件名

int ret unregister_chrdev（）；

ret = s3c2440_pwm_open（&misc;）；

在成功向离心通风机集成智能控制系统注册了设备驱动程序后，分别对s3c2440_pwm_open，s3c2440_pwm_close和s3c2440_pwm_ioctl三个函数进行编程，用DDS（直接数字合成）技术芯片AD9850进行控制系统的AD转换和数据采样调试，采用4片AD8582用于送模拟信号预处理机进行/IOSTRB译码，采用Server/Client实现上位机通信，先用WIN32 API函数CreateFile（ ）函数打开设备，s3c2440_pwm_ioctl的程序定义为：

static struct miscdevice misc = {

.minor = struct inode *inode _MINOR，

.name = struct file *filp，

.fops = &dev;_fops s3c2440_adc，

}；

其中，s3c2440_adc_open（）和s3c2440_adc_release（）负责控制大型军用仓库通风机集成智能控制系统中嵌入式进程的S3C2440内部A/D转换的打开和关闭，输入命令source install-qt-embedded-x86.sh，开始离心通风机集成智能控制的可视化程序的编译、安装，如图3所示。

安装完成后，会在指定的安装目录下生成Qt/Embedded，在控制系统的用户界面中，首先需要选择测量模式和控制模式，实现系统的可视化智能控制。

3 系统仿真实验与调试

为了测试本文设计的大型军用仓库通风机集成智能控制系统的应用性能，进行系统调试和仿真实验分析，实现性能测试，实验中，在嵌入式设备上运行Qt C++ API，Qt/Embedded的加载程序，在Qt/X11中构建大型军用仓库通风机集成智能控制的Linux内核，调试过程使用Agilent 33220A 函数信号发生器，实时时钟电压3.3V，内核电压1.26V，打开Visual DSP++自带的ICE Test扫描JTAG口进行控制信号采集，采集的输入通道为4块采集卡的任意通道，得到大型军用仓库通风机控制参量采集通道可视化模块如图4所示。

根据图4的系统界面进行采集参数设定，进行控制性能测试仿真，大型军用仓库通风机控制信号输入为两个叠加的不同频率正弦波，采用本文设计的控制系统，进行控制信息处理和PID控制算法加载，实现大型军用仓库通风机的远程多线程智能控制，得到控制的输入输出波形如图5所示。

从图可见，采用本文设计的大型军用仓库通风机控制系统，能有效实现大型军用仓库通风机的集成智能控制，具有较好的输出控制增益，提高了控制的精度和品质，为了对比性能，采用本文方法和传统方法，以控制输出的电机电压偏移为测试指标，得到对比结果如图6所示，从图可见，采用本文方法进行大型军用仓库通风机控制，输出性能较好，误差较低，失真较小，展示了较好的控制鲁棒性和品质。

图6 控制性能对比

Fig. 6 Control performance comparison

4 结束语

本文采用嵌入式控制芯片结合控制系统的软件设计，进行大型军用仓库通风机的集成智能控制，能有效提高大型军用仓库通风机的机电控制、电气控制等方面的控制性能。本文提出一种基于嵌入式Linux内核驱动环境下的大型军用仓库通风机集成智能控制系统的软件开发设计方法，首先进行了大型军用仓库通风机集成智能控制系统的总体设计和功能模块分析，进行嵌入式Linux的体系结构构架，实现集成智能控制系统的模块化集成设计和软件开发，系统测试结果表明，采用本文设计的大型军用仓库通风机集成智能控制系统，能有效提高控制精度和品质，控制系统的可视化人机交互性能和兼容性能较好，展示了较好的应用价值。

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