基于S3C44BOX的智能型煙葉烘烤系統設計

郎 朗

（重慶三峽職業學院，重慶 404100）

本論文旨在建立智能、高效及實用性強的烤煙系統。至此我們選用以嵌入式μClinux操作系統，S3C44BOX（一款以ARM7TDMI為內核的16/32位RISC架構微處理器）為處理器的主控制器。依據“三段式”烤煙技術提出了自動化煙葉初烤解決方案。經過實際調研，我們采用主控制器與終端控制器之間的通信模式，實現控制實際終端，執行溫濕度（烤房的）采集、控制排濕窗的開度以及電動機的轉速。依據實際返回的數據，主控制器發出指令，對烤房里的排濕窗，電機進行動作調整。從而達到烘烤的煙葉顏色好、含水量適中、香味宜人、口感好的煙葉。

近年來，我國以“計劃種植，落實政策、穩定面積、提高質量”的指導方針來指導煙葉生產，在煙葉種植方面的水平得到大幅提高。不過，我國烤煙與發達國家烤煙相比仍然有較大的差距，因為決定煙葉最終質量和可用性的一個重要環節是煙葉的烘烤。本文介紹的智能型煙葉烘烤系統能保證煙葉的順利烘烤，并保證烤煙過程正常，可靠，烤煙效果良好。

整個系統的硬件構架由兩部分組成：主控制器，終端控制器。系統總體硬件構架如圖2-2所示。

整個系統的核心部分是主控制器。主控制器定時循環向終端控制模塊發出溫濕度采集命令，根據溫濕度，結合烘烤算法，向終端控制模塊發送控制烤房排濕窗直流電機、爐膛鼓風機繼電器的命令，主控制器記錄終端控制模塊返回的溫濕度數據，并把溫濕度數值及電機狀態有組織地顯示在主控制器LCD面板上。主控制器在烤煙過程中，綜合地控制機房排濕窗、爐膛鼓風機、達到烤煙過程所要求的穩溫、升溫、排濕的作用。

圖2-2

主控制器硬件構成由微控制器及存貯器子系統、顯示模塊、觸摸屏輸入模塊、電源系統、串口模塊、網絡模塊以及其他輔助電路等構成。CPU采用三星公司生產的ARM7TDMI架構的S3C44BOX，該CPU在ARM7TDMI內容基礎上擴展一系列完整的通用外圍器件，降低了系統設計中硬件的成本，比較適合手持式設備和普通嵌入式系統設備的應用。

終端控制器端控制器采用單片機系統，用于控制直流電機，排濕窗電機開度及采集溫濕度傳感器。

終端控制器根據主控制器下達的命令，對所控的設備進行控制或返回所控設備的狀態給主控制器。終端控制器由終端控制CPU，設備狀態檢測，傳感器以及終端電機構成。

烤煙系統中將每個終端控制器設定唯一的地址編碼，地址編碼的位數n最大為8位。其中地址位全為O的地址（O地址）和地址位全為1的地址（2n-1地址）作為系統中的保留的特定地址，O地址作為系統中的廣播地址，全1地址做為主控制器的地址。因此一個控制器系統中的控制總線上最多可接入254個終端控制器。

控制器系統中的主控制器與終端控制器之間通過控制總線進行通訊，同時主控制器通過控制總線為終端控制器提供直流工作電壓（+24V）。交流電機就地取用交流電。

主控制器與終端控制器之間通過MODBUS協議進行通信。

本系統在軟件環境方面為方便用戶操作，利用MiniGUI開發了用戶界面。MiniGUI是開源Linux的圖形用戶界面支持系統，經過多年的發展，MiniGUI發展成為成熟的、功能豐富的跨操作系統的嵌入式圖形界面支持系統。MiniGUI的特色之一是“小”，廣泛應用于通訊、醫療、電子、機頂盒等領域。目前，MiniGUI的最新版本為MiniGUI3.O。

MiniGUI為嵌入式Linux系統提供了豐富圖形系統支持。MiniGUI為嵌入式Linux系統提供了完全的多進程支持；支持MiniGUI-Processes、MiniGUI-Threads或者MiniGUI-Standalone三種運行模式運行。

主控制器軟件由上電自檢，命令處理，信息顯示，觸摸屏輸入等部分組成。

（1）上電自檢

主控制器通電，對各個硬件設備以及總線的通訊線路工作狀態進行檢測，在硬件工作正常的情況下，主控制器依據設定的烤房的數量，被控設備的類型及數量，進行初始通信，檢測總線到各個終端控制器的通訊線路以及各個終端控制器的工作是否正常。自檢過程及結果在LCD屏上顯示。

（2）命令處理

命令處理是終端控制器對主控制器系統發送到控制器系統中的命令進行相應的處理，通訊端口（RS485）傳來命令都要保持以備查詢。如果存貯空間緊張，采用保持最關鍵的命令或保持最后發來的的命令的方式。

（3）信息顯示

信息顯示：要根據工作的烤房數量、各個烤房中溫濕度及信息的重要性，合理安排信息顯示在LCD顯示屏上的位置、時間及顯示方式。

顯示的信息要直觀、易懂。開度轉換成百分比，濕球溫度轉換成相對濕度，轉速可以在功率百分比或實際轉速之間進行選擇顯示。

（4）觸摸屏輸入

觸摸屏輸入部分用于檢測用戶輸入動作，解釋相應的鍵值并執行相應的操作。通過觸摸屏輸入，用戶在現場可以手動控制各烤房內設備的工作狀態、環境的溫濕度、排濕窗開度、電機轉速等。

終端控制器軟件功能：檢測并提取控制總線上的通訊信息，在檢測到有主控制器發向終端控制器的命令（與本終端控制器地址編碼比較）時，執行相應命令的動作（采集溫濕度或執行相應的控制動作）。待其完成操作后，CPU進入睡眠狀態，等待下一條命令。

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