专利名称：基于arm9的嵌入式木材干燥自动监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，属于电气控制领域。
背景技术：
目前的木材干燥方法不论是在干燥速度、干燥质量方面，还是在干燥所用能耗和干燥设备的造价方面，均存在着许多的不足，现将现有的对木材干燥方式及其存在的主要缺点分析如下1、自然干燥该方式需经过1 2年的漫长时间，极不适应现代的生产发展需要；2、加热烘干该方式是使木材在烘房内加热升温，需经过半个月以上的时间，易使木材干燥不均勻，易出现木材开裂、曲翘等现象；3、蒸汽干燥该方式干燥的木材较为均勻，但干燥的时间也需半个月，被干燥的木材表面容易疏松和变色，而且仍有较多的开裂，曲翘等现象的发生；4、真空干燥该方式是在真空的条件下，配以强大的发热装置对木材进行加热干燥，该方式虽然干燥效率较高，干燥时间为八天左右，但是其耗能巨大；5、高频真空干燥该方式是在真空条件下，配以高频介质机进行加热，该方式虽然效率高，但其干燥容量小，一次只能干燥两立方木材，干燥设备造价昂贵，能耗巨大，不宜广泛使用。
发明内容本实用新型目的是为了解决现有木材干燥存在费时、设备造价高及能耗巨大等问题，提供了一种基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统。本实用新型所述基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，它包括上位机和下位机，所述下位机包括处理器、温度传感器、平衡含水率传感器、A/D转换电路、报警模块、D/ A转换电路、开关量输出模块、多路光电隔离功率输出模块、继电器组和η个木材含水率传感器，η为自然数，温度传感器采集木材的温度信号，温度传感器的温度信号输出端与A/D转换电路的温度信号输入端相连；平衡含水率传感器采集平衡含水率信号，平衡含水率传感器的平衡含水率信号输出端与A/D转换电路的平衡含水率信号输入端相连；每个木材含水率传感器采集一根木材的含水率信号，每个木材含水率传感器的含水率信号输出端与A/D转换电路的一个含水率信号输入端相连；A/D转换电路的传感器数字信号输出端与处理器的传感器数字信号输入端相连， 处理器的第一输出端与报警模块的输入端相连；处理器的第二输出端与D/A转换电路的输入端相连，D/A转换电路的输出端与多路光电隔离功率输出模块的第一输入端相连；[0015]处理器的第三输出端与开关量输出模块的输入端相连，开关量输出模块的输出端与多路光电隔离功率输出模块的第二输入端相连；多路光电隔离功率输出模块的输出端与继电器组的输入端相连，继电器组输出加热控制信号、喷淋控制信号、进排气控制信号和控制风机信号。本实用新型的优点本实用新型所述基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统的结构简单，设备造价低，木材干燥周期短，效率高，木材受热均勻，不易出现开裂和曲翘变形的现象，保证了干燥质量。
图1为本实用新型所述基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，它包括上位机和下位机，所述下位机包括处理器1、温度传感器2、平衡含水率传感器3、A/D转换电路5、报警模块6、D/A转换电路8、开关量输出模块9、 多路光电隔离功率输出模块10、继电器组11和η个木材含水率传感器4，η为自然数，温度传感器2采集木材的温度信号，温度传感器2的温度信号输出端与A/D转换电路5的温度信号输入端相连；平衡含水率传感器3采集平衡含水率信号，平衡含水率传感器3的平衡含水率信号输出端与A/D转换电路5的平衡含水率信号输入端相连；每个木材含水率传感器4采集一根木材的含水率信号，每个木材含水率传感器4 的含水率信号输出端与A/D转换电路5的一个含水率信号输入端相连；A/D转换电路5的传感器数字信号输出端与处理器1的传感器数字信号输入端相连，处理器1的第一输出端与报警模块6的输入端相连；处理器1的第二输出端与D/A转换电路8的输入端相连，D/A转换电路8的输出端与多路光电隔离功率输出模块10的第一输入端相连；处理器1的第三输出端与开关量输出模块9的输入端相连，开关量输出模块9的输出端与多路光电隔离功率输出模块10的第二输入端相连；多路光电隔离功率输出模块10的输出端与继电器组11的输入端相连，继电器组 11输出加热控制信号、喷淋控制信号、进排气控制信号和控制风机信号。所述基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统还可以进一步包括显示器7，处理器1的第四输出端与显示器7的输入端相连。所述基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统还可以进一步包括键盘12，键盘 12的输出端与处理器1的用户输入端相连。硬件设计方面下位机采用ARM9系列的ARM90KM40-III嵌入式开发板进行开发设计，主要完成外部存储电路、键盘显示器接口电路、信号输入及输出驱动等电路的设计， 并与上位机的串口相连实现可靠通讯。软件设计方面上位机是在Windows操作系统下利用面向对象的可视化编程语言VB6. 0完成人机交互界面的设计，并利用VB6. 0的串口通讯功能实现对下位机的通讯。
4VB6. 0是一种方便快捷的Windows应用程序开发工具，它的伸缩性强，既可用它开发小项目，也可用它开发大项目。Vb6. 0使用了 Microsoft Windows图形用户界面的许多先进特性和设计思想，支持类、封装、继承、多态等特性，而且允许用户自定义控件。利用VB6. 0强大的功能可以有效大大的提高编程效率。下位机在Linux操作系统下利用嵌入式编程语言设计各功能子程序及主程序，并且设计下位机的通讯子程序，实现与上位机的通讯。系统总体方案的设计主要包括系统控制方案、下位机方案设计以及上位机方案设计3个部分。以下对这3个方案的技术路线进行简要地介绍1、系统控制方案根据木材干燥原理，确定干燥过程的控制参数及参数值的范围，设计参数的检测和控制方法，制定详细的干燥工艺。1)系统功能及原理系统完成干燥室内温度(T)，平衡含水率(EMC)，木材含水率(MC)的测定，以及干燥势(DG)的计算，并将其与给定值温度、平衡含水率、干燥势、终含水率(FMC)相比较，以控制加热、喷淋、排气及通风，完成加热、预热，干燥，调湿，冷却工艺过程，以控制木材的自动干燥。2)干燥工艺干燥过程分为四个阶段进行。①预热阶段根据锯材的厚度选定平衡含水率EMC设定值，并设置温度T1,开始加热和喷淋。当EMC和T1达到设定值时，保持干燥室内的温度和湿度一段时间，使木材热透。②干燥阶段按设定的干燥势DG值及温度设置值，控制加热、喷淋及进排气的关闭，对木材进行干燥。木材含水率在以上时均按计算DG值。木材含水率> 30% 时，温度用T1控制，否则用二次温度T2。木材含水率彡18%时采用干燥加快后新的DG设定值控制。③终了处理木材含水率干燥至设定的终含水率FMC时，干燥阶段结束，进行终了处理。设置调湿平衡含水率EMC，其值比木材终含水率低1 1. 5%。④冷却阶段打开进排气道，风机转动，至室内温度仅高于室外10°C为止。2、下位机方案设计下位机方案设计包括控制器的CPU选型以及下位机详细功能设计。1)下位机控制器的选型详细分析系统的功能要求后，选择ARM90KM40-III嵌入式开发板作为下位机的核心组成控制系统。ARM90K2440-III嵌入式开发板的核心处理器是三星嵌入式S3C2440处理器。该处理器为32位高性能处理器，其工作主频较高，最高约为203MHz，完全可以满足该系统的实时性和效率性。硬件整体上采用了常用的子/母板结构，即子板上包含CPU、内存 (以前为SDRAM，现在多为FLASH闪存)等；母板上包含各种接口等资源。2)功能设计下位机主要完成现场数据的采集和实时控制。具有单机和联机两种状态，在单机状态下能独立完成干燥控制任务，联机状态下除完成单机状态下完成的任务外，还要定时将采样数据上传到上位机，并中断接收上位机的设置参数和控制命令。下位机配有键盘、数码管显示器和指示灯。通过键盘能完成初始参数的设置及启停等操作。显示器显示采样数
5据、设置参数及干燥累计时间、指示灯指示设备状态和报警指示等。下位机功能框图如图1 所示。①报警功能设有四种报警功能，即平衡含水率(EMC)高报警，平衡含水率低报警；温度(T)高报警，温度低报警。用发光二极管指示。②显示功能用六位数码管依次轮流显示以下三组参数a.干燥累计时间天、时、分；b.温度T、干燥势DG;c.含水率MC、平衡含水率EMC。③配置键盘用于设置参数、功能选择和控制操作。a.显示按键MC1 MC6和MP键配合使用，可以显示六个探点的木材含水率值和多个探点的平均值。b.选择按键木材分组选择键，用于含水率的树种校正。干燥加快系数选择键，用于选择不同的加快系数。c.初值设置键平衡含水率设置键，设置EMC ；干燥势设置键，设置DG ；干燥初温设置键，设置、；干燥二次温度设置键，设置t2 ；每小时温升设置键，设置dt ；木材终含水率设置键，设置FMC ；系统时钟设置键，设置DAY，HR, MIN。d.操作功能键启停键；进排气道启闭键；风机启停键；喷淋开关键；加热阀开关键。此外，还有确认键、增减键、单机/联机选择键等。④指示灯显示各设备皆有状态指示灯，各操作也有对应的指示灯。下位机是一个独立运行单位，它具备了直接数字控制所需的一切条件，因此下位机具备不依赖上位机独立运行的能力，这样在上位机或通讯失效的情况下，仍能对现场执行最基本的控制.3、上位机方案设计[0082]上位机方案设计内容包括上位机开发工具的选择以及上位机详细功能的设计。1)上位机开发工具的选择VB6. 0是一种方便快捷的Windows应用程序开发工具，它使用了 Microsoft Windows图形用户界面的许多先进特性和设计思想，支持类、封装、继承、多态等特性。VB6. 0的程序首先是一个程序框架，而这一框架正是应用程序的“骨架”。缺省的应用程序是一个空白的窗体(Form)，这个窗口具有Windows窗口的全部性质可以放大、移动、最大化和最小化等。因此，可以说应用程序框架通过提供所有的应用程序共有的东西，为用户的应用程序的开发打下了良好的基础。我们所要做的，只是在程序中加入完成所需要功能的代码而已。VB6. 0的伸缩性很强，既可用它开发小项目，也可用它开发大项目，而且允许用户自定义控件，还可以进行智能化动态代码检查，减少出错。特别是它的数据库功能强大。利用VB6. 0可以满足上位机开发的要求，而且可以大大提高编程效率。所以，本系统上位机的程序开发我们采用VB6. 0面向对象编程语言。2)功能设计上位机主要功能就是为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。并可通过操作界面对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。上位机主要完成以下功能①显示功能a.生产过程的模拟流程图、即用模拟图形表示的生产装置或生产线，其中标有各关键数据、控制参数及设备状态的当前实时状态。b.报警窗口 列出所有生产过程出现的异常情况，如数值越限、异常状态的出现等。报警窗口中的报瞥信息应包括异常出现的时间，异常状态或异常数据的值等。c.实时趋势曲线显示可对生产过程数据的最近一段时间的变化趋势用曲线表示出来，以使操作员对这个或这些数据的发展变化有所了解，并可帮助操作员分析生产过程的运行情况。d.历史数据的处理功能能形成运行报表并显示历史趋势曲线，供查询、分析使用。②通讯功能中断接收下位机上传的数据，并通过通讯传送初始化设置参数及控制命令，控制下位机的动作。③数据处理将上传的数据分析处理并存储在相应的数据库中。④系统管理对用户的登录、退出、操作等都做详细的日志管理，其中操作记录可以作为评价干燥系统性能的参考依据之一。⑤具有丰富的知识库为初始参数设置提供帮助，用户只需了解木材的基本特征(如树种、规格、用途等)便可得到推荐的参数表。推荐参数允许用户根据经验加以修改，如果需要还可以得到知识库的支持。
权利要求1.基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，其特征在于，它包括上位机和下位机， 所述下位机包括处理器(1)、温度传感器O)、平衡含水率传感器C3)、A/D转换电路(5)、报警模块(6)、D/A转换电路(8)、开关量输出模块(9)、多路光电隔离功率输出模块(10)、继电器组(11)和η个木材含水率传感器，η为自然数，温度传感器( 采集木材的温度信号，温度传感器O)的温度信号输出端与A/D转换电路(5)的温度信号输入端相连；平衡含水率传感器C3)采集平衡含水率信号，平衡含水率传感器(3)的平衡含水率信号输出端与A/D转换电路(5)的平衡含水率信号输入端相连；每个木材含水率传感器(4)采集一根木材的含水率信号，每个木材含水率传感器(4) 的含水率信号输出端与A/D转换电路(5)的一个含水率信号输入端相连；A/D转换电路(5)的传感器数字信号输出端与处理器(1)的传感器数字信号输入端相连，处理器⑴的第一输出端与报警模块(6)的输入端相连；处理器⑴的第二输出端与D/A转换电路⑶的输入端相连，D/A转换电路⑶的输出端与多路光电隔离功率输出模块(10)的第一输入端相连；处理器(1)的第三输出端与开关量输出模块(9)的输入端相连，开关量输出模块(9) 的输出端与多路光电隔离功率输出模块(10)的第二输入端相连；多路光电隔离功率输出模块(10)的输出端与继电器组(11)的输入端相连，继电器组 (11)输出加热控制信号、喷淋控制信号、进排气控制信号和控制风机信号。
2.根据权利要求1所述的基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，其特征在于，它还包括显示器(7)，处理器(1)的第四输出端与显示器(7)的输入端相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，其特征在于，它还包括键盘(12)，键盘(12)的输出端与处理器(1)的用户输入端相连。
4.根据权利要求1所述的基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，其特征在于，下位机是采用ARM9系列的ARM9 0K2440-III嵌入式开发板实现的。
专利摘要基于ARM9的嵌入式木材干燥自动监控系统，属于电气控制领域，本实用新型为解决现有木材干燥存在费时、设备造价高及能耗巨大等问题。本实用新型包括上位机和下位机，所述下位机的温度传感器、平衡含水率传感器和n个木材含水率传感器的输出端与A/D转换电路的输入端相连；A/D转换电路的输出端与处理器的输入端相连，处理器的输出端分别与报警模块、D/A转换电路和开关量输出模块的输入端相连；D/A转换电路和开关量输出模块的输出端与多路光电隔离功率输出模块的输入端相连，多路光电隔离功率输出模块的输出端与继电器组的输入端相连，继电器组输出加热控制信号、喷淋控制信号、进排气控制信号和控制风机信号。
文档编号G05B19/418GK202210239SQ20112037008
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者孙晓芳, 田仲富, 郭秀荣, 黄英来, 黎粤华 申请人:东北林业大学