引言

在實(shí)際的變頻器調(diào)速應(yīng)用中,工作人員需到現(xiàn)場才能控制變頻器,造成很大的不便。隨著企業(yè)工作現(xiàn)場總線的發(fā)展,遠(yuǎn)程控制變頻器系統(tǒng)開始進(jìn)入我國各大型企業(yè)中,不但提高了變頻器操作效率,還起到了節(jié)約電量的作用,變頻器的遠(yuǎn)程控制突顯出了越來越重要的作用。

1研究背景

變頻器是通過對電力半導(dǎo)體的控制,可以使工頻發(fā)生改變的電能控制裝置。在變頻器遠(yuǎn)程控制過程中,系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)與變頻器連接,進(jìn)行電動(dòng)機(jī)頻率的調(diào)控。在操控室中安裝有PLC,用來輸出動(dòng)作相關(guān)信號。當(dāng)現(xiàn)場需要對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控時(shí),由操控室發(fā)出動(dòng)作指令,動(dòng)作指令可通過使用PLC轉(zhuǎn)換輸出動(dòng)作模擬信號,經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸,被變頻器控制端接收,變頻器讀取接收的信號,將電機(jī)調(diào)整到指令動(dòng)作或頻率,實(shí)現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程控制。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入式控制變頻器參數(shù)系統(tǒng),其功能包括以下幾個(gè)方面:通過嵌入式控制,實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集:基于STM32F103ZET6設(shè)計(jì)了用于數(shù)據(jù)采集的硬件電路,內(nèi)含144個(gè)引腳、112個(gè)I/o口,大部分I/o口均支持5V電壓傳輸(模擬通道除外）,且可支持調(diào)試。調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)時(shí),運(yùn)用了ModbuS協(xié)議將STM32開發(fā)板與變頻器連接,使用圖形軟件庫STemWin,調(diào)用函數(shù)接口,設(shè)計(jì)開發(fā)嵌入式圖形界面,并通過圖形控制界面實(shí)現(xiàn)間接控制變頻器。為了提高性能,在STM32F103ZET6上完成了嵌入式Kei1uViSion5的調(diào)試與運(yùn)行,并且在Kei1uViSion5環(huán)境下完成了對GPIO、顯示屏、LED數(shù)碼管、按鍵、紅外遙控等模塊以及I/O口的相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,并且編寫了相對應(yīng)的程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行控制與使用。通過對變頻器參數(shù)的設(shè)置,可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定變頻器加減速時(shí)間、最低頻率、偏置頻率,選擇加減速模式,提升轉(zhuǎn)矩等功能。而對于利用STM32開發(fā)板實(shí)現(xiàn)對變頻器參數(shù)的設(shè)定研究,成本較低,同時(shí)可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)對變頻器參數(shù)顯示的遠(yuǎn)程控制。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高,在變頻器廣泛應(yīng)用的電力、石油、鋼鐵等行業(yè)均有大量需求,本項(xiàng)目研究成果亦可得到廣泛應(yīng)用。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

2.1STM32主系統(tǒng)架構(gòu)

STM32開發(fā)平臺主要由嵌入式微處理器、顯示器、觸摸屏、存儲(chǔ)器、設(shè)備控制模塊、電源模塊組成。本文使用的開發(fā)板是M3內(nèi)核,Cortex-M3采用ARMv7-M架構(gòu),使用的是STM3F103ZET6芯片,內(nèi)核為32位高性能ARMCortex-M3處理器,時(shí)鐘高達(dá)72MHz,實(shí)際還可以超頻一些,采用單周期乘法和硬件除法:有144個(gè)引腳和112個(gè)I/o口,大部分I/o口都支持5V電壓傳輸(模擬通道除外）,支持調(diào)試:TFTLCD模塊使用的是四線電阻式觸摸屏。電阻式觸摸屏是一種傳感器,它將矩形區(qū)域中的觸摸點(diǎn)(),X）的物理位置轉(zhuǎn)換為代表)坐標(biāo)和X坐標(biāo)的電壓。電阻觸摸屏的工作原理主要是通過壓力感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)對屏幕內(nèi)容的操作和控制。

2.2STemWin應(yīng)用軟件架構(gòu)

典型的STemWin應(yīng)用軟件架構(gòu)如表1所示。

STemWin軟件架構(gòu)主要由表1所示部分組成,最底層是硬件層,是指最基本的板級支持軟件包(BSP）,即是底層驅(qū)動(dòng),它提供了對硬件平臺資源最直接的訪問。STemWin軟件庫承上啟下,運(yùn)行在硬件層之上,與硬件層之間僅靠液晶驅(qū)動(dòng)連接,而向應(yīng)用層則提供了各種便于用戶制作GUI應(yīng)用的接口。STemWin提供的函數(shù)接口,使得開發(fā)嵌入式圖形界面應(yīng)用變得簡單而快捷,只需要編寫好液晶驅(qū)動(dòng)粘合STemWin庫和硬件BSP層的中間件,就可以正常使用STemWin。

3基于STM32平臺的STemWin移植

將STemWin移植到STM32開發(fā)平臺,主要分成以下步驟:下載STemWin源碼、添加STemWin文件到工程、修改工程文件、移植觸摸屏、添加STemWinDemo測試。

3.lSTemWin的初始化配置

STemWin的內(nèi)存分配等一些初始化配置包含在GUIConf.c文件中。該文件內(nèi)還包含GUIConf.h頭文件,主要對STemWin的配置進(jìn)行設(shè)置,例如是否使用存儲(chǔ)器,是否使用觸摸功能,是否支持操作系統(tǒng)等。GUIConf.h文件代碼如下:

#ifndefGUICoNFH

#defineGUICoNFH

#defineGUINUMLA一ERS10//顯示的最大層數(shù)

#defineGUIoSY0(//不使用操作系統(tǒng)

#defineGUISUSSPoRRPUTCH()//不支持觸摸#defineGUIDEFAULRFPNR&GUIFont6x8//默認(rèn)字體#defineGUISUSSPoRMPUSEH1)//支持鼠標(biāo)

#defineGUIWINSUSSPoRH1)//窗口管理

#defineGUISUSSPoRMEMDEVH1)//存儲(chǔ)設(shè)備#defineGUISUSSPoRDEVITESH1)//使用設(shè)備指針#endif

3.2LCD驅(qū)動(dòng)設(shè)置

SRM32通過SSI總線與觸摸屏芯片相連,通常的方法是采用輪詢方法獲取觸摸屏的觸點(diǎn)動(dòng)作,這種方法不僅實(shí)時(shí)性差,而且浪費(fèi)單片機(jī)的執(zhí)行周期。本文調(diào)用LTDxTonfigH)和LTDxDiSplayDriverH)這兩個(gè)函數(shù),使用LTD初始化函數(shù)RFRLTDInitH)來初始化LTD,并且通過GUIDoVRemplate.c文件將打點(diǎn)和讀點(diǎn)等函數(shù)封裝起來傳遞給SRemWin,LTDxTonfigH)函數(shù)代碼如下:

//配置程序,用于創(chuàng)建顯示驅(qū)動(dòng)器件,設(shè)置顏色轉(zhuǎn)換程序和顯示尺寸

voidLTDxTonfigHvoid)（GUIDEVITETreateAndLinkH&GUIDoVRemplateASI,GUITTM565,(,()://創(chuàng)建顯示驅(qū)動(dòng)件

LTDSetSizeExH(,tftlcddata.Width,tftlcddata.height):LTDSetVSizeExH(,tftlcddata.Width,tftlcddata.height):}

GUIDEVITETreateAndLinkH)函數(shù)用來創(chuàng)建顯示驅(qū)動(dòng)器件,第二個(gè)參數(shù)是指定所使用的調(diào)色板,本文使用的是GUITTM565調(diào)色板,即oGB565,最后根據(jù)LTD尺寸來設(shè)置屏幕大小。tftlcddata.Width和tftlcddata.height是RFR彩屏的X寬度和Y高度。本文實(shí)驗(yàn)所使用的液晶屏是TJR(56(1,該液晶顯示屏的主要特點(diǎn)如下:屏幕尺寸:64(×48(dpi:內(nèi)建oAM內(nèi)存容量:768kB:16位色彩:支持MTU接口:不帶觸摸顯示模塊。

4STemWin的圖形界面設(shè)計(jì)

4.1STemWin的窗口管理機(jī)制及移動(dòng)拖影的消除

本文使用函數(shù)cbBkWindoWH)作為這個(gè)背景窗口的回調(diào)函數(shù)。WMSAINR消息作為清屏操作,實(shí)現(xiàn)重繪背景窗口。新建窗口的回調(diào)函數(shù)cbWindoWH),調(diào)用函數(shù)WMTreateWindoWH)創(chuàng)建一個(gè)窗口hWnd,窗口的回調(diào)函數(shù)為cbWindoWH),窗口屬性設(shè)置為可見。移動(dòng)窗口,每次X、Y分別移動(dòng)2個(gè)像素。刪除窗口hWnd,使背景窗口WMCBWIN無效,這樣下一次調(diào)用GUIExecH)函數(shù)的時(shí)候就會(huì)重繪背景窗口WMCBWIN。而此時(shí)移動(dòng)窗口hWnd,背景窗口WMCBWIN并沒有設(shè)置回調(diào)函數(shù),因此當(dāng)hWnd移動(dòng)時(shí)會(huì)有拖影。而再調(diào)用函數(shù)WMSetTallbackH)為背景窗口設(shè)置回調(diào)函數(shù)cbBkWindoWH),這樣在移動(dòng)窗口hWnd的時(shí)候就會(huì)調(diào)用cbBkWindoWH)重繪背景窗口,從而可以消除拖影。回調(diào)函數(shù)設(shè)置如下:

//為背景窗口設(shè)置回調(diào)函數(shù)

cbPldBK=WMSetTallbackHWMCBKWIN,cbBkWindoW):MoveWindoWH"BackgroundhaSbeenredraW")://移動(dòng)窗口

WMSetTallbackHWMCBKWIN,cbPldBK):

}

voidSRemWINWMoedraWReStHvoid)

（

SRemWinWMoeDraWReStH):

WhileH1)

（

GUIDelayH1():

}

4.2文本顯示設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)寫的SRemWin應(yīng)用是通過voidemWindemotaSkHvoid*parg)任務(wù)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用,文本顯示調(diào)用代碼如下:

//EMWINDEMP任務(wù)

voidemWindemotaSkHvoid*parg)

（

SRemWINRextReStH):

WhileH1)

（

GUIDelayH1():

}

上述的SRemWINRextReStH)函數(shù)是實(shí)現(xiàn)文本顯示的函數(shù),該函數(shù)包含在textdemo.c文件內(nèi),textdemo.h文件是對函數(shù)的聲明,方便其他文件能夠調(diào)用。將編寫的文本顯示工程編譯成功后,下載到開發(fā)板平臺運(yùn)行。在LTD應(yīng)用中,其余數(shù)值、圖形、位圖、顏色等的顯示,對話框、BURRPN等控件的應(yīng)用,大多都采用如上函數(shù)調(diào)用等方式實(shí)現(xiàn)。

5結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的是一種變頻器節(jié)電運(yùn)行參數(shù)顯示調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng),其本質(zhì)是對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。該系統(tǒng)在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)用方面有廣闊的發(fā)展空間。本文結(jié)合變頻器控制設(shè)計(jì)了嵌入式遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),該控制系統(tǒng)不僅能節(jié)約電能,還能提高生產(chǎn)效率,將廣泛應(yīng)用于各行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中。