【文章內容簡介】 以便于系統(tǒng)在高溫下安全可靠地工作。 操作軟件在進行系統(tǒng)設計時，將結合軟件工程化的要求，對軟件可靠性進行考慮：a)自頂向下設計，將系統(tǒng)軟件分為不同層次；軟件編制模塊化，對每個模塊提出各自要求，分清與其他模塊的接口，使程序易于編寫、測試及修改；b)采用高級編程語言編寫，使程序更易于結構化，結構化的程序更易于編寫及調試；c)使用軟件容錯技術，在程序崩潰時能自我恢復，加強程序的健壯性。 軟件的工作界面考慮現(xiàn)場的使用，操作界面須要具備實用性，簡潔性。工況示意圖如下圖所示。第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理9圖 ：噴淋系統(tǒng)軟件的工作界面工況圖工作控制區(qū)的每個水閥可以分別設置計時的時間，以秒數(shù)控制噴淋時間，以分鐘控制間隔時間；設置完成后，按啟動鍵開始工作。可以隨時增加，也可以任意終止某個工作控制閥。 技術風險分析設計的實現(xiàn)的技術途徑均采用了當前成熟的技術和方法，主控制單元在類似產(chǎn)品上得到應用且穩(wěn)定可靠。處理器模塊的處理能力完全滿足技術指標要求，顯示器采用經(jīng)過驗證的成熟產(chǎn)品，各項技術指標滿足系統(tǒng)需要。 技術更新 在完成功能的基礎上，預留了硬件接口及軟件接口的規(guī)化，冗余系統(tǒng)升級。現(xiàn)場生產(chǎn)規(guī)模增大，在不改變系統(tǒng)的當前狀態(tài)下，進行軟件升級便可以實現(xiàn)產(chǎn)品更新。第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)組成及工作原理自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)10機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)運動車、固定架、支架、方向控制器及行程開關、導規(guī)、水管組成。 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)組成 運動車運動車由電機、減速機構、底盤，傳動鏈條等附件組成。如下圖所示。 圖 運動車 L 型霧化水架L 型霧化水架則由 DN25 的鍍鋅鋼管連接，組成圍繞箱梁的水架，在相應的點位安裝噴頭，以實現(xiàn)噴淋時的全覆蓋。水架噴頭覆蓋箱梁的上表面、箱梁的兩側及箱梁的中心；水架設計為每 一節(jié)，每節(jié)設置 6~8 個噴頭。第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理11 圖 L 型霧化水架 噴淋水架采用自動掃描式噴水架，噴淋水架實物圖見下圖. 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)12第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工作原理第三章 養(yǎng)護機器人的模塊設計實現(xiàn) 養(yǎng)護機器人的總體方案 養(yǎng)護機器人對外交聯(lián)關系養(yǎng)護機器人采用 2 個標準的 IDC 插座與外部 LED 電子屏連接。能過 J1 端子提供 2 路輸入電源，兩路輸入電源分別為市政電源、太陽能所提供，并通過DBDB2 以 RS232 串口通訊方式與 GPRS、GPS 模塊聯(lián)接。并分別預留了四路離散輸入輸出，并通過 J2 端子輸入四路模模擬量。養(yǎng)護機器人外部交聯(lián)關系如圖 3 所示。第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理13GPS 智能控制器市政供電LED電子屏GPR 模塊太陽能供電GPRS 模塊溫度、濕度、噪聲傳感器1 路 12VDC 供電2 路數(shù)據(jù)控制線總線信號1 路 RS232 收發(fā)1 路 RS232 收發(fā)4 路 AD 采集1 路 12VDCV 供電其它設備4 路離散量輸入4 路離散量輸出J14 位節(jié)距鏍釘端子DB9x2IDC 端子插座J2 節(jié)距鏍釘端子J3 節(jié)距鏍釘端子圖 養(yǎng)護機器人對外部交聯(lián)關系圖 養(yǎng)護機器人組成養(yǎng)護機器人設計由 6 個模塊組成，分別為 MCU 主控制模塊、電源輸入模塊、無線通訊模塊、LED 屏控制模塊、I/O 接口模塊和 AD 采集模塊，各模塊間通過自定義的數(shù)據(jù)、控制線進行聯(lián)接。 養(yǎng)護機器人工作原理養(yǎng)護機器人由 MCU 主控制模塊控制，通過 AD 模塊采集模擬量并完成數(shù)據(jù)處理。同時通過串口與 GPRS 、GPS 模塊進行通訊，完成數(shù)據(jù)信息的交互，形成 LED 顯示數(shù)據(jù)并存貯顯示數(shù)據(jù)，同時協(xié)調 LED 屏控制模塊讀取顯示數(shù)據(jù)，完成 LED 屏的顯示控制。離散量根據(jù)功能要求讀取 I/O 量。養(yǎng)護機器人原理框圖如圖 所示。自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)14MCU 模塊I/O 模塊串口模塊PS 模塊R、G、B 數(shù)據(jù)及時鐘、控制線市政 12VDC離散量入、出GRS、GPRS5V 12VDC溫度、濕度、噪聲傳感器AD 采集模塊 LED 顯示控制模塊圖 養(yǎng)護機器人原理框圖 養(yǎng)護機器人組成模塊功能MCU 模塊為控制器的主控模塊，控制軟件運行在該模塊上，除了 MCU 主微處理器電路外，還含有實時時鐘、復位電路電路。通過運行在 MCU 微處理器的程序控制整個控制的功能，實現(xiàn) GPRS、GPS 通訊，模擬數(shù)據(jù)的采集以及 I/O 的輸入輸出。I/O 模塊主要完成離散量的輸入與輸出，將外圍輸入與輸出通過光電耦合器件進行電氣隔。串口模塊主要由電平轉換電路、光隔電路等構成，完成電平轉換與電平隔離及防雷設計。通過 DB9 端子與 GPRS、GPS 通訊完成車載系統(tǒng)及線路調度管理中心分系統(tǒng)的通訊。AD 采集模塊，主要完成模擬信的隔離與放大，并將模擬信號轉化為數(shù)字信號。經(jīng) MCU 模塊處理后，送 LED 電子屏進行顯示。PS 模塊主要完成主從電源的切換功能并將電源轉換為各模塊所需要的電源。為控制器提供供電。雙路電源輸入，并以太陽能為主，當太陽能供電欠壓時，主動切換到市電供電。輸入的電源經(jīng)過 PS 模塊后，形成 ，5V。給相應的各個模塊提供供電。第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理15LED 顯示控制模塊主要由 FPGA 完成邏輯控制設計，通過行掃描控制著屏的亮度，同時從存貯器中讀取顯示屏數(shù)據(jù)，送顯示屏的顯示，刷新頻率：60Hz。自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)16第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理17第四章養(yǎng)護機器人的模塊設計實現(xiàn) 模塊的設計 MCU 模塊的功能及組成MCU 模塊為養(yǎng)護機器人主控模塊，任務程序運行在該模塊上，該模塊除主處理器電路外，F(xiàn)PGA 邏輯電路、存貯電路圖電路、時鐘以及外圍驅動電路。以主處理器電路為核心通過板上邏輯驅動電路提借各模塊的接口電路。MCU 模塊原理框圖如圖 所示。圖 MCU 模塊原理框圖 MCU 模塊主要性能指標? 微處理器：STC89L58RD240I 或 SST89V58RD233CNJ 處理器；? 存儲器：2MB SDRAM 內存，2MB FLASH 存儲器；? 系統(tǒng)時鐘：；自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)18? 電子屏接口：16 線扁平電纜，含時鐘 CK，數(shù)據(jù)線 R、G、G，使能線EN、鎖存 RCLK， 5V 接口電平；? 串口接口：2 路，接口電平為 TTL 電平；? 離散量：4 路輸入，4 路輸出，信號電器特征“高電平/低電平”表示；? 供電和接地：+5V/、12V/，其中主控制器信號地 GND 和無線模塊兩個地隔離；? 功耗：整板做計功耗不大于 800mA；? 溫度：工作溫度20～75 度； ? 調試平臺：Keil uVision2；? LED：上電 LED，程序運行 LED，程序調試 LED。 MCU 模塊主要器件選型? 微處理器選用 STC89C58RD240I 或 SST89V58RD233CNJ；? 采用 1 片 CY7C1010DV3310ZSXI 實現(xiàn) 2MB 的 SDRAM；? 采用 1 片 ATmel 公司的 AT29LV02012JC 實現(xiàn) 2MB 的 FLASH；? 選用北京晶宇興科技有限公司公司的 XO75NABT 晶體振蕩器做為系統(tǒng)時鐘；? 復位電路選用 IMP 公司的 IMP812SEUST；? 數(shù)字溫度傳感器選用 DALLAS 公司的溫度傳感器 DS18B20；? 實時時鐘選用 DALLAS 公司的 DS1302Z 實時時鐘芯片；? 地址鎖存器選用 TI/公司的 74HC574 完成地址鎖存。 MCU 模塊電路的設計依據(jù)功能，針對接口電路的功能需求，確定主處理器的 I/O 口的能力，選用 SST89V58RD2 微處理器，并依據(jù)運算數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)存貯的容量選用 SDRAM 和FLASH 的容量，MCU 對存貯的訪問是以總線形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)存貯與讀取的。復位電路采用上電自復位，同時具備手動復位功能，復位電平為高電平復位。而溫度的測量設計，則采用“一線總線式”溫度傳感器進行測量溫度。MCU 模塊的設計電路設如圖 所示。第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理19圖 MCU 模塊的設計電路自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)20 LED 顯示控制模塊的設計 LED 顯示控制模塊的功能及組成LED 顯示控制模塊為養(yǎng)護機器人控制 LED 屏顯示的模塊，任務程序運行在該模塊的 FPGA 可編程序邏輯器件上，除完成 SDRAM 數(shù)據(jù)的存取，控制 LED 屏的顯示與亮度外，還實現(xiàn)對 AD 的操作，讀取采集的數(shù)據(jù)，同時還有 I/O 的擴展，經(jīng)I/O 模塊實現(xiàn)離散輸出。該模塊除主邏輯 FPGA 電路外，還有程序存貯配置電路及外圍驅動電路。同時外擴了一路過串口，便于將調試信息上傳。為了便于測試LED 屏的顯示，設置開關，通過拔動拔碼開關來設置 LED 的測試顯示模式。LED顯示控制模塊原理框圖如圖 所示。圖 LED 顯示控制模塊原理框圖 LED 顯示模塊主要性能指標? 微處理器：可編程邏輯器件；? I/O 驅動：具有可編程邏輯器件的 I/O 驅動設計；? 存儲器：2MB SDRAM 內存，2MB FLASH 存儲器；? 系統(tǒng)時鐘：10Mhz；? 電子屏接口：16 線扁平電纜，含時鐘 CK，數(shù)據(jù)線 R、G、G，使能線 EN、第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理21鎖存 RCLK， 5V 接口電平；? 串口接口：2 路，接口電平為 TTL 電平；? 離散量：4 路輸入，4 路輸出，信號電器特征“高電平/低電平”；? 供電和接地：+；? 功耗：模塊功耗約不大于 400mA；? 調試平臺：Quartus II ；? LED：程序運行 LED，程序調試 LED；? 下載端口： JTAG 下載口調試口。自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)22圖 LED 顯示控制模塊的設計電路第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理23 AD 模塊的設計 模塊的功能及組成 AD 模塊為養(yǎng)護機器人控制模數(shù)轉換模塊，主要是將模擬轉換為數(shù)字信號。模擬信號。輸入的溫度、濕度、噪聲模擬信號，經(jīng)濾波進行射隨電路后，送入 AD電路。由 FPGA 進行讀取量化后的數(shù)字量。AD 模塊主要由運算放大器構成的射隨電路和數(shù)模轉換器組成。AD 模塊原理框圖如圖 所示。圖 AD 模塊原理框圖 AD 模塊主要性能指標? AD 供電電源：采用 供電的 AD；? AD 轉換速率頻率：32uS；? AD 轉換精度：10Mhz；? 總的不調和誤差177。1LSB。 AD 模塊主要器件選型? 隔置電路：采用 TI 公司的 LM324；? 數(shù)模轉換：采用 TI 公司的 TLV0834CD。 模塊電路的設計模擬信號從 J13 端子輸入，經(jīng) RC 低通濾波電路后送入由 LM324 構成的射極跟隨器后，送入 TLV0834 數(shù)模轉換器中。然后由邏輯控制器 FPGA 進行數(shù)據(jù)采集的讀取。AD 模塊顯的設計電路如圖 10 所示。自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)24圖 AD 模塊顯的設計電第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理25 I/O 模塊的設計 I/O 模塊的功能及組成I/O 模塊電路設計相對來說較為簡單，主要是為養(yǎng)護機器人控制提供了預留的 4 路離散量輸入和 4 路離散量輸出。經(jīng)過光電耦合器隔離輸入與輸入。其中輸入的端的正向電流的限流電阻選用 1K，輸出的上拉電阻選用 ，電阻精度均用 5%的。I/O 模塊原理框圖如圖 11 所示。圖 I/O 模塊原理框圖 I/O 模塊主要性能指標? 光電隔離輸入：4 路；? 光電隔離輸出：4 路；? 光隔反向電流：小于 10uA；? 光隔正向壓降：小于 ；? 光隔電流傳輸比：50600%。 I/O 模塊主要器件選型? 采用 1 片 TLP2814 實現(xiàn) 4 路光隔輸出；? 采用 1 片 TLP2814 實現(xiàn) 4 路光隔輸入；? 封裝：采用表貼 SOP8。 I/O 模塊電路的設計自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)26圖 I/O 模塊的設計電第四章 機器人噴淋執(zhí)行系統(tǒng)工用原理27 串口模塊的設計 串口模塊的功能及組成串口模塊為養(yǎng)護機器人控制通訊模塊，主要是將串口擴展電路和電平轉換電路及保護電路組成。 串口模塊主要性能指標? 波特率通訊： 9600bps，無流控信號；? 串口通訊：2 路；? 串口抗浪涌：具有防雷抗浪涌能力。 串口模塊主要器件選型? 采用 1 片成都視普科技公司的 SP2338 實現(xiàn) 3 路串口，其中一路預留。 串口模塊電路的設計圖 串口模塊的設計電路 PS 模塊的設計自動噴淋系統(tǒng)設計與實現(xiàn)28 PS 模塊的功能及組成電源模塊主要為養(yǎng)護機器人控制各模塊提供電源，主要由降壓電路、電源切換電路和穩(wěn)壓電路組成。電源模塊的原理框如圖 14 所示。圖 電源模塊原理框圖 PS 模塊主要性能指標? 具有輸入電壓的過壓、輸出電流的過流、短路保護；? +5V 輸出波動范圍≤177。3％，最大輸出電流 ，紋波小于 75mV；? +5V 隔離輸出波動范圍≤177。3％，最大輸出電流 200mA，紋波小于 75mV； PS 模塊主要器件選型? 降壓電路采用 TI 公司的 LM317；? 采用 1