基于S3C44BOX的智能型烟叶烘烤系统设计

郎 朗

（重庆三峡职业学院，重庆 404100）

本论文旨在建立智能、高效及实用性强的烤烟系统。至此我们选用以嵌入式µClinux操作系统，S3C44BOX（一款以ARM7TDMI为内核的16/32位RISC架构微处理器）为处理器的主控制器。依据“三段式”烤烟技术提出了自动化烟叶初烤解决方案。经过实际调研，我们采用主控制器与终端控制器之间的通信模式，实现控制实际终端，执行温湿度（烤房的）采集、控制排湿窗的开度以及电动机的转速。依据实际返回的数据，主控制器发出指令，对烤房里的排湿窗，电机进行动作调整。从而达到烘烤的烟叶颜色好、含水量适中、香味宜人、口感好的烟叶。

近年来，我国以“计划种植，落实政策、稳定面积、提高质量”的指导方针来指导烟叶生产，在烟叶种植方面的水平得到大幅提高。不过，我国烤烟与发达国家烤烟相比仍然有较大的差距，因为决定烟叶最终质量和可用性的一个重要环节是烟叶的烘烤。本文介绍的智能型烟叶烘烤系统能保证烟叶的顺利烘烤，并保证烤烟过程正常，可靠，烤烟效果良好。

整个系统的硬件构架由两部分组成：主控制器，终端控制器。系统总体硬件构架如图2-2所示。

整个系统的核心部分是主控制器。主控制器定时循环向终端控制模块发出温湿度采集命令，根据温湿度，结合烘烤算法，向终端控制模块发送控制烤房排湿窗直流电机、炉膛鼓风机继电器的命令，主控制器记录终端控制模块返回的温湿度数据，并把温湿度数值及电机状态有组织地显示在主控制器LCD面板上。主控制器在烤烟过程中，综合地控制机房排湿窗、炉膛鼓风机、达到烤烟过程所要求的稳温、升温、排湿的作用。

图2-2

主控制器硬件构成由微控制器及存贮器子系统、显示模块、触摸屏输入模块、电源系统、串口模块、网络模块以及其他辅助电路等构成。CPU采用三星公司生产的ARM7TDMI架构的S3C44BOX，该CPU在ARM7TDMI内容基础上扩展一系列完整的通用外围器件，降低了系统设计中硬件的成本，比较适合手持式设备和普通嵌入式系统设备的应用。

终端控制器端控制器采用单片机系统，用于控制直流电机，排湿窗电机开度及采集温湿度传感器。

终端控制器根据主控制器下达的命令，对所控的设备进行控制或返回所控设备的状态给主控制器。终端控制器由终端控制CPU，设备状态检测，传感器以及终端电机构成。

烤烟系统中将每个终端控制器设定唯一的地址编码，地址编码的位数n最大为8位。其中地址位全为O的地址（O地址）和地址位全为1的地址（2n-1地址）作为系统中的保留的特定地址，O地址作为系统中的广播地址，全1地址做为主控制器的地址。因此一个控制器系统中的控制总线上最多可接入254个终端控制器。

控制器系统中的主控制器与终端控制器之间通过控制总线进行通讯，同时主控制器通过控制总线为终端控制器提供直流工作电压（+24V）。交流电机就地取用交流电。

主控制器与终端控制器之间通过MODBUS协议进行通信。

本系统在软件环境方面为方便用户操作，利用MiniGUI开发了用户界面。MiniGUI是开源Linux的图形用户界面支持系统，经过多年的发展，MiniGUI发展成为成熟的、功能丰富的跨操作系统的嵌入式图形界面支持系统。MiniGUI的特色之一是“小”，广泛应用于通讯、医疗、电子、机顶盒等领域。目前，MiniGUI的最新版本为MiniGUI3.O。

MiniGUI为嵌入式Linux系统提供了丰富图形系统支持。MiniGUI为嵌入式Linux系统提供了完全的多进程支持；支持MiniGUI-Processes、MiniGUI-Threads或者MiniGUI-Standalone三种运行模式运行。

主控制器软件由上电自检，命令处理，信息显示，触摸屏输入等部分组成。

（1）上电自检

主控制器通电，对各个硬件设备以及总线的通讯线路工作状态进行检测，在硬件工作正常的情况下，主控制器依据设定的烤房的数量，被控设备的类型及数量，进行初始通信，检测总线到各个终端控制器的通讯线路以及各个终端控制器的工作是否正常。自检过程及结果在LCD屏上显示。

（2）命令处理

命令处理是终端控制器对主控制器系统发送到控制器系统中的命令进行相应的处理，通讯端口（RS485）传来命令都要保持以备查询。如果存贮空间紧张，采用保持最关键的命令或保持最后发来的的命令的方式。

（3）信息显示

信息显示：要根据工作的烤房数量、各个烤房中温湿度及信息的重要性，合理安排信息显示在LCD显示屏上的位置、时间及显示方式。

显示的信息要直观、易懂。开度转换成百分比，湿球温度转换成相对湿度，转速可以在功率百分比或实际转速之间进行选择显示。

（4）触摸屏输入

触摸屏输入部分用于检测用户输入动作，解释相应的键值并执行相应的操作。通过触摸屏输入，用户在现场可以手动控制各烤房内设备的工作状态、环境的温湿度、排湿窗开度、电机转速等。

终端控制器软件功能：检测并提取控制总线上的通讯信息，在检测到有主控制器发向终端控制器的命令（与本终端控制器地址编码比较）时，执行相应命令的动作（采集温湿度或执行相应的控制动作）。待其完成操作后，CPU进入睡眠状态，等待下一条命令。

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