專利名稱：基于cmx-rtos嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法
基于CMX-RTOS ^A^實(shí)自作系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法
fe^領(lǐng)域本發(fā)明屬于IDlk儀表控制技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)一種基于CMX-RTOS^A^實(shí), 作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法。
背景駄電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系列是一類終端控制儀表，廣泛應(yīng)用于大型{紅、石油、冶金、
電力等行業(yè)，用于對(duì)壓九流量、 進(jìn)衍周節(jié)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是工M:程控制中的觀設(shè)備,它
接收來自調(diào)節(jié)器的模擬信號(hào)(一般是4 20mA電流信號(hào))社位機(jī)的數(shù)字信號(hào)，并將離換為電動(dòng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)相應(yīng)的角位移或直線位移輸出，去驅(qū)動(dòng)閥門、擋板等動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種過程參數(shù)的自動(dòng)控 制。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)UC平的日益提高，對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)性能的要求亦麟越高，迫切需 要新一代的智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來代替目前^ffl的產(chǎn)品，以提高自動(dòng)化禾SS和生產(chǎn)效率。
發(fā)明內(nèi)容l本發(fā)明目的是,一種基于CMX-RTOS ^A式實(shí)(W作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)控制方法，引入^A^實(shí)日?qǐng)?bào)作系統(tǒng)CMX-RTOS，使i妨法具有良好的實(shí)時(shí)性，具有可移植、 可裁減^#點(diǎn)，可以很好地解決國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在的戰(zhàn)問題。
CMX-RTOS是一種基于搶占式的實(shí)時(shí)多任總作系統(tǒng)，可以^f壬務(wù)調(diào)度、中糊艮務(wù)管理、 事件管理和時(shí)間管理等功能。
本發(fā)明利用Microchip公司的高性能數(shù)字信號(hào)控制器dsPIC6014A結(jié)合CMX-RTOS IftA式實(shí) 時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高精度和快速處理，更好地提高電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能化、'微幾feK平， 并能保證電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具WS好的實(shí)時(shí)性和可靠性。
本發(fā)明^f共的基于CMX-RTOS ItA^實(shí),作系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方^a括
第一、確定電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)針對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各^分功肯採用了?！来唐咴O(shè)計(jì)思想， ^f壬務(wù)劃分為信號(hào)采集處理任務(wù)、紅外通信任務(wù)(UART1)、與PROFIBUS-DP接口板通信任務(wù) (UART2) 、 ^:處理任務(wù)和LCD液晶顯示任務(wù)共五部分；
第二、各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置根據(jù)各個(gè)任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求以及對(duì)系統(tǒng)安全性影響的大小決 定W壬務(wù)的優(yōu)先級(jí)；
第三、比較就緒任務(wù)和當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高低；
第四、確定要執(zhí)行的任務(wù)當(dāng)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)時(shí)，則由CMX-Scheduler 實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度切換，首先保存當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)，皿行就緒任務(wù)；當(dāng)就緒任務(wù)的優(yōu)先 級(jí)低于當(dāng)前運(yùn)對(duì)亍{壬務(wù)時(shí)，繼纟^待。
本發(fā)明為了保證系統(tǒng)的高穩(wěn)定性，采用靜態(tài)優(yōu)先權(quán)，即運(yùn)行過程中任務(wù)優(yōu)先權(quán)不變。
CMX-Scheduler翻基于優(yōu)先級(jí)的可搶占式調(diào)度算法，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，確定任務(wù)的執(zhí)行先后順 序，從而保證關(guān)鍵任務(wù)l艦時(shí)處理，保ig統(tǒng)實(shí)時(shí)性。
±^1兌的信號(hào)采集處理任務(wù)由定時(shí) 采集、數(shù)字搶波、m^轉(zhuǎn)換等子禾號(hào)構(gòu)成， 采 集時(shí)間周期可根據(jù)需要設(shè)定，數(shù)字搶波由多種算法構(gòu)成，可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)IQ^M佳 慮波算法。 完^th^任務(wù)的硬件電路采用的是高性能的導(dǎo)電塑料精密旋轉(zhuǎn)電位器檢領(lǐng)胸門所處開度健。對(duì) 輸入的電壓電流信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大及濾波，由Microchip公司的高性能數(shù)字信號(hào)控制器 dsPIC6014A的12位精度的片上A/D轉(zhuǎn)換模塊處理tiS信號(hào)。
上述所到之處說的的紅外通信處理任務(wù)包括接收、m、校驗(yàn)子禾im。接收、錢子禾聘通訊參數(shù)可
設(shè)定，mffi-格式可設(shè)定，校驗(yàn)算法可設(shè)定。完l^hM任務(wù)的紅外通信接口電路由MCP2122編解碼 芯片禾卩TFDU4100的紅外收發(fā)芯片組成，MCP2122與主控制器dsPIC6014A ilil異步串《 il信方式
(UART)實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)傳輸.
上述所說的PROFIBUS-DP接口M信任務(wù)實(shí)5勝控制器dsPIC6014A與PR0FIBUS-DP接口板之 間利用異步串行通儲(chǔ)式(UART)實(shí)現(xiàn)總線m^f輸，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總線化功能。該任務(wù) 包括接收、發(fā)送、校驗(yàn)、報(bào)錯(cuò)子程序。接收、，子，M^通訊參數(shù)可設(shè)定，數(shù)據(jù)格式可設(shè)定，校 驗(yàn)算法可設(shè)定，報(bào)錯(cuò)子禾聘可根據(jù)當(dāng)前通i微態(tài)判斷是否發(fā)生通訊故障。
i^^f說的M^h理任務(wù)。fflil按鍵電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)定和手自動(dòng)切換功能。 ±^^兌的LCD液晶顯示任務(wù)。包括顯示 格式轉(zhuǎn)換和通訊子禾醉。完j^t^任務(wù)的硬件 選用28x64點(diǎn)陣式LCM液晶顯示模塊，其中內(nèi)嵌了帶有片上廳的液晶控制器，它與主控制器 dsPIC6014A之間ffi3112C總線方式工作。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
本發(fā)明通過引入CMX-Schedule 1ftA式實(shí)日彌作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)育激實(shí)時(shí) 響Rh位機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制要求，準(zhǔn)確、及時(shí)地完成系統(tǒng)的控制任務(wù)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐檢驗(yàn)，電 動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定，具有較高的實(shí)時(shí)性。


圖1是本發(fā)明所涉基于CMX-RTOS mA式實(shí)日彌作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明所涉基于CMX-RTOS IftA^實(shí)B^作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的CMX-RTOS ^A^實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明所涉基于CMX-RTOS ^A式實(shí)m作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明所涉基于CMX-RTOS WA^實(shí),作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)任務(wù)狀態(tài)變遷示意圖。
圖5是本發(fā)明所涉基于CMX-RTOS ^A式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)任務(wù)調(diào)度切換示 意圖。
具被li^:
實(shí)施例1:
本發(fā)明Jif共的基于CMX-RTOS ftA式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，包括
第一、確定電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)針對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各^分功t^^用了模謝七設(shè)計(jì)思想，
為雌ij分為信號(hào)采 理任務(wù)、紅外通信任務(wù)(UART1)、與PROFffiUS-DP接口IKl信任務(wù) (UART2)、離處理任務(wù)、LCD液晶顯示任務(wù)共五個(gè)任務(wù)；
第二各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置根據(jù)M任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求以M系統(tǒng)安全性影響的大小決定 ^fi務(wù)的優(yōu)先級(jí)；
第三、比較,^l任務(wù)和當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高低；
第四、確定SI丸行的任務(wù)當(dāng)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)時(shí)，則由CMX-Scheduler 實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度切換，首先保存當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)，瓶行就緒任務(wù)；當(dāng)就緒任務(wù)的優(yōu)先 級(jí)低于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)時(shí)，繼纟^待。
本發(fā)明為了保證系統(tǒng)的高穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用靜 先權(quán)，即運(yùn)行過程中任皿先權(quán)不變。
實(shí)施例2:
本發(fā)明方法所涉及的基于CMX-RTOS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用 Microchip公司的高性能數(shù)對(duì)言號(hào)控制器dsPIC6014A作為中央處理器，S^g置由位置檢測(cè)電路、 中央M處理電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和PROFIBUS-DP總線接口電路細(xì)龍。(硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖l)
一種基于CMX-RTOS ^A式實(shí)日彌作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于CMX-RTOS嵌 入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)包含三個(gè)部分用戶應(yīng)用程序(API)、系統(tǒng)內(nèi)核程序、系統(tǒng)軟硬件接口程序。 用戶應(yīng)用程序(API)主要以任務(wù)的形式實(shí)現(xiàn)系,用功能。系統(tǒng)內(nèi)核禾，主要完成CMX-RTOS 系統(tǒng)運(yùn)行管理。系統(tǒng)軟硬f條口f驕完成CMX-RTOS系^(寸CPU資源4頓與管理。要實(shí)現(xiàn)將 CMX-RTOS ^Ai^實(shí)日彌作系纟贓dsPIC6014A主控制器的移植，主要完成系統(tǒng)軟硬f條口禾歸 改寫，即完成CMX-RTOS^A^實(shí)賺作系艦dsPIC6014A微處理器的寄存器讀取，以及硬件 的中斷管理等工作。(CMX-RTOS ^A式實(shí)B^作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2)
一種基于CMX-RTOS !^A式實(shí),作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，^tT征在于系統(tǒng)的硬件設(shè) 計(jì)平臺(tái)，以及根據(jù)系統(tǒng)功能要求,設(shè)定五個(gè)任務(wù):信號(hào)采敏理任務(wù)、紅外通信任務(wù)、PROFIBUS-DP 接口板通信任務(wù)、M處理任務(wù)、LCD液晶顯示任務(wù)，由CMX-RTOS實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核實(shí) M任務(wù) 的調(diào)度和管理。由于CMX-RTOSI^A^實(shí),作系鄉(xiāng)棘用基于優(yōu)先級(jí)的可搶占式調(diào)度算法，根據(jù)
任務(wù)的優(yōu)先級(jí)確定任務(wù)的執(zhí)行先后順序。當(dāng)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)，則由 CMX-Schedukr實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度切換，從而保證關(guān)鍵任務(wù)&S時(shí)處理，保證系統(tǒng)實(shí)時(shí) 性。(軟件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3)
一種基于CMX-RTOS ^A式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),，征在于任務(wù)要參與資源 競(jìng)爭(zhēng)，只有在所需資源漸導(dǎo)至蹣足的情況下才能得到執(zhí)行。因此，任鄉(xiāng)有的資源瞎況是不斷變 化的，導(dǎo)致任務(wù)狀態(tài)也表現(xiàn)出不斷變化的特性。概括為以下三種基本的狀態(tài) >等待(waiting)任務(wù)在等待某個(gè)事件的發(fā)生； >就緒(ready)任縛待獲得處理器資源；
>執(zhí)行(running)任務(wù)獲得處理器資源，所包含的代碼資源內(nèi)容正在被執(zhí)行。
在一定^f牛下，任M在不同的狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，稱為任務(wù)狀態(tài)的變遷。(任務(wù)狀&變a^ 意圖如圖4)
一種基于CMX-RTOS 1^式實(shí) 作系統(tǒng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),^#征在于為了保證實(shí)時(shí)需 要，常常要打iP見在正在執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而執(zhí)行處于就緒狀態(tài)且優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)或者中斷，此 過程稱為任務(wù)切換。戶刑胃任務(wù)切換是指多任務(wù)內(nèi)核決定運(yùn)行另外任務(wù)時(shí)，保存正在運(yùn)行任務(wù)的當(dāng) 前狀態(tài)，將當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)狀態(tài)入棧后，把下一個(gè)^^運(yùn)行的任務(wù)狀態(tài)從該任務(wù)的桟中裝到CPU寄 存器中，并開始下一個(gè)任務(wù)的運(yùn)行。任務(wù)l執(zhí)行一段時(shí)間后，由于某種原因，需要進(jìn)行任務(wù)切換， 駄實(shí)時(shí)內(nèi)核的調(diào)度禾聘，調(diào)度禾聘首先把當(dāng)前的上下文內(nèi)容保存到任務(wù)1的任#^制±央TCB1 中，然后又把任務(wù)2的上下文從TCB2中恢復(fù)到CPU寄存器中，隨后任務(wù)2得至敝行。(任務(wù)調(diào) 度切換示意圖5)。
權(quán)利要求
1、一種基于CMX-RTOS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法，其特征在于該控制方法包括第一、確定電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)包括信號(hào)采集處理任務(wù)、紅外通信任務(wù)、與PROFIBUS-DP接口板通信任務(wù)、鍵盤處理任務(wù)、LCD液晶顯示任務(wù)；第二、各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置根據(jù)各個(gè)任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求以及對(duì)系統(tǒng)安全性影響的大小決定各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；第三、比較就緒任務(wù)和當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高低；第四、確定要執(zhí)行的任務(wù)當(dāng)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)時(shí)，則由CMX-Scheduler實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度切換，首先保存當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)，并執(zhí)行就緒任務(wù)；當(dāng)就緒任務(wù)的優(yōu)先級(jí)低于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)時(shí)，繼續(xù)等待。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1 0H兌的控制方法，其特征在于J^0f說的信號(hào)采集處理任務(wù)由定時(shí)i^采集、數(shù)字滄波、 轉(zhuǎn)換子，旨構(gòu)成；完^tt^任務(wù)的硬件電路采用的是導(dǎo)電塑料精密旋轉(zhuǎn)電 位器檢測(cè)閥門所處開度位置，對(duì)輸入的電壓電流信號(hào)進(jìn)fiH周理、放狄搶波，由Microchip公司 的數(shù)雜號(hào)控制器dsPIC6014A中的12位A/D轉(zhuǎn)換t對(duì)央處理^g信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的控制方法，其特征在于上述所說的紅外通信處理任務(wù)報(bào)括接收、發(fā)送、校驗(yàn)子程序；完成任務(wù)的紅外通信接口電路由MCP2122編解碼芯片和TFDU4100的紅外收 發(fā)芯片組成，MCP2122與主控制器dsPIC6014A ilJl異步串行通信方式實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)傳輸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所說的控制方法，其特征在于J上述所說的PROFIBUS-DP接口M信任務(wù)， 利用異步串t亍通信方式實(shí)ai控制器dsPIC6014A與PROFIBUS-DP接口板之間的總線數(shù)據(jù)傳輸，實(shí) 現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的總線化功能；該任務(wù)包括接收、，、校驗(yàn)、報(bào)錯(cuò)子禾將。
5、 根據(jù)權(quán)利要求i所說的控制方法，其特征在于上述所說的處理任務(wù)，M3i按鍵電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)定和手自動(dòng)切換功能。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所說的控制方法，其特征在于上述所說的LCD液晶顯示任務(wù)，包括顯示數(shù) 據(jù)格式轉(zhuǎn)換和通訊子程序；完^m^壬務(wù)的硬件選用28 x 64點(diǎn)陣式LCM液晶顯示模塊，其中內(nèi)嵌 了帶有片上RAM的液晶控制器，它與主控制器dsPIC6014A之間ilil I2C總線方式工作。
全文摘要
一種基于CMX-RTOS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制方法。包括1.確定電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)將電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能任務(wù)分為信號(hào)采集處理任務(wù)、紅外通信任務(wù)、與PROFIBUS-DP接口板通信任務(wù)、鍵盤處理任務(wù)和LCD液晶顯示任務(wù)；2.根據(jù)各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行順序以及對(duì)系統(tǒng)安全性影響的大小決定各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；3.比較就緒任務(wù)和當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高低；4.確定要執(zhí)行的任務(wù)。本發(fā)明涉及的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括位置檢測(cè)電路、中央處理電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、PROFIBUS-DP接口電路組成。本發(fā)明通過引入CMX-Schedule嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)上位機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制要求，準(zhǔn)確、及時(shí)地完成系統(tǒng)的控制任務(wù)。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101201594SQ20071015025
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者岳有軍, 王紅君, 輝 趙, 韓德宇 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)