王朱勞

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300）

隨著酒庫貯酒工藝技術(shù)的發(fā)展，在人工智能環(huán)境下進(jìn)行酒庫貯酒的電子監(jiān)控設(shè)計，提高酒庫貯酒的質(zhì)量及自動化水平，構(gòu)建智能酒庫貯酒中心微機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)，采用嵌入式的微機(jī)管理技術(shù)和集成信息處理技術(shù)，分析酒庫貯酒過程中的信息特征量，采用大數(shù)據(jù)信息融合技術(shù)對酒庫貯酒過程中的信息進(jìn)行管理和智能控制[1]，提高智能酒庫貯酒中心微機(jī)的智能監(jiān)測能力，研究智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法，對促進(jìn)酒庫貯酒的信息化建設(shè)和發(fā)展中具有重要意義，相關(guān)酒庫貯酒中心微機(jī)電子監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計受到人們的極大關(guān)注[2]。當(dāng)前，對智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控的設(shè)計方法主要采用單片機(jī)控制方法，結(jié)合智能酒庫貯酒中心微機(jī)自動監(jiān)測信息融合和自適應(yīng)處理，采用過程控制和特征檢測方法，實(shí)現(xiàn)智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，但傳統(tǒng)方法進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控的自適應(yīng)性不好，自動控制能力不強(qiáng)。對此，采用集成DSP方法，設(shè)計一種新的智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)建立在集成DSP開發(fā)環(huán)境中，首先進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境描述和系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析，然后設(shè)計系統(tǒng)的硬件，使其模塊化，最后進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試分析，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)架和功能模塊分析

1.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計構(gòu)架

為了實(shí)現(xiàn)智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，采用集成DSP的嵌入式設(shè)計技術(shù)，進(jìn)行智能酒庫貯酒系統(tǒng)的可編程邏輯控制研究，制定出智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的總體開發(fā)設(shè)計方案，設(shè)計的智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)主要包括硬件設(shè)計和控制器設(shè)計兩大部分，對智能酒庫貯酒中心微機(jī)自動監(jiān)測的基礎(chǔ)是酒庫貯酒中心微機(jī)智能監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計和連通性測試[3]。采用ZigBee組網(wǎng)傳感技術(shù)，進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)智能監(jiān)控過程中的信息采集和傳輸控制設(shè)計，建立智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制模塊。采用Multigen Creator軟件進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)置電源狀態(tài)監(jiān)控器，對酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的輸入能量進(jìn)行管理。在操作系統(tǒng)層和應(yīng)用軟件層分別配置MCU控制單元構(gòu)建主控電路[4]，系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)分為智能監(jiān)測信息采集模塊、總線輸出轉(zhuǎn)換模塊、程序加載模塊、指令收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊、總線調(diào)度模塊、人機(jī)交互模塊和接口模塊等，得到系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

在程序交叉編譯控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的硬件模塊化，對酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息安全基線進(jìn)行模糊配置。采用總線接口程序采集信息，設(shè)計回路節(jié)點(diǎn)的接口，回路節(jié)點(diǎn)分布如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的回路節(jié)點(diǎn)分布

1.2 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境描述和功能模塊分析

在上述進(jìn)行了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境分析和功能模塊分析。采用專用讀寫器芯片進(jìn)行酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的智能存儲控制，構(gòu)建多模傳感器終端協(xié)議，完成酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息調(diào)度和安全基線配置，結(jié)合UHF RFID進(jìn)行酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的模擬組件構(gòu)建。在Multigen Creator3.2開發(fā)環(huán)境下，實(shí)施智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)和模塊設(shè)計，中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊主要包括CPU模塊、測量模塊、交-直變換電路模塊、打印機(jī)模塊、人機(jī)對話模塊等[5]。采用220 V交流與220 V、110 V直流輸出作為系統(tǒng)的供電輸入，對在系統(tǒng)斷路器中的分、合閘操作實(shí)現(xiàn)中斷設(shè)計，設(shè)置酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的輸出電源，實(shí)現(xiàn)蜂鳴與燈光的智能報警，系統(tǒng)的斷路器檢測裝置功能模塊組成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的斷路器檢測裝置功能模塊組成

根據(jù)圖3的功能模塊結(jié)構(gòu)，實(shí)施智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置，在系統(tǒng)的輸出終端，熱敏打印機(jī)可以快速、清晰、方便的打印監(jiān)控結(jié)果，在輸出模塊設(shè)計指示燈進(jìn)行信息顯示。在AV890移動智能終端設(shè)備中進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)智能系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)采集[6]，并通過傳感器上傳到統(tǒng)一提供的接口中，構(gòu)建驅(qū)動電路和控制器進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息輸出轉(zhuǎn)換控制，得到系統(tǒng)的硬件配置如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的硬件配置結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

在上述智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，對系統(tǒng)模塊化硬件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。采用集成DSP方法，設(shè)計智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的硬件模塊，包括智能監(jiān)測信息采集模塊、總線輸出轉(zhuǎn)換模塊、程序加載模塊、指令收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊、總線調(diào)度模塊、人機(jī)交互模塊和接口模塊等[7]，對各個模塊設(shè)計描述如下：

（1）信息采集模塊。信息采集模塊作為系統(tǒng)的信息采集單元，分為微機(jī)集散電子監(jiān)控的信息濾波器、輸出功率放大、FPGA集成控制等。采用傳感器進(jìn)行微機(jī)集散電子監(jiān)控的信息采集，對采樣的主機(jī)控制信號通過壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)換控制，采用Nordic公司的nRF905、nRF9E5作為微機(jī)集散電子監(jiān)控的程控放大器，選用R1000、R2000實(shí)現(xiàn)酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的基線配置和斷開操作，用ADI公司的ADSP21160處理器系統(tǒng)作為集成總線。采用RS5485總線傳輸控制方法進(jìn)行酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集[8]，得到信息采集模塊的電路圖如圖5所示。

圖5 信息采集模塊設(shè)計

（2）總線輸出轉(zhuǎn)換模塊?？偩€輸出轉(zhuǎn)換模塊采用ADSP-BF561(以下簡稱BF561)處理器進(jìn)行酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控的總線輸出轉(zhuǎn)換控制，在集成電路模型中，D/A模塊實(shí)現(xiàn)對電子監(jiān)控系統(tǒng)的總線收發(fā)。采用分散的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的DMA控制器設(shè)計[9]，總線輸出轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計如圖6所示。

圖6 總線轉(zhuǎn)換輸出模塊

（3）程序加載模塊。程序加載模塊實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控指令的加載和程序輸出控制功能。通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)級的六線同步串口實(shí)現(xiàn)智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的PCI總線設(shè)計和信息調(diào)度，建立GPRS邏輯信道，通過附加總線實(shí)現(xiàn)酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)信息安全基線配置和程序加載核查[10]。采用分散的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行程序加載過程中的程序讀寫和AD轉(zhuǎn)換控制，得到程序加載模塊設(shè)計如圖7所示。

圖7 程序加載模塊設(shè)計

（4）人機(jī)交互模塊和接口模塊。人機(jī)交互模塊和接口模塊設(shè)計在輸出端口，采用ISA/EISA/Micro Channel擴(kuò)充總線進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)自動監(jiān)控過程的人機(jī)交互設(shè)計，在嵌入式環(huán)境中設(shè)計CPU模塊、測量模塊、交-直變換電路模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的輸出調(diào)試和人機(jī)交互控制，使用T9871芯片和C4974芯片獲取智能酒庫貯酒中心微機(jī)的監(jiān)控信息，用AD/DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的脈沖信息采集轉(zhuǎn)換[11]，分集交互的集成控制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表見表1。

表1 集成控制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

在人機(jī)交互模塊的終端與PPI接口相連，采用物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的RFID標(biāo)簽識讀器進(jìn)行總線輸出尋址，得到人機(jī)交互模塊的硬件設(shè)計結(jié)果[12]，綜上所述，得到本文設(shè)計的智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的集成電路如圖8所示。

3 實(shí)驗(yàn)測試分析

圖8 系統(tǒng)集成電路設(shè)計

為了驗(yàn)證智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，調(diào)制過程中采用4線SPI方式與外部總線控制技術(shù)進(jìn)行智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控中的指令加載，高速A/D時鐘采樣頻率為200 KHz，中心微機(jī)集散電子監(jiān)控系統(tǒng)輸入直流信號在1.5～2.5V之間，系統(tǒng)調(diào)試的現(xiàn)場實(shí)景圖如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)調(diào)試現(xiàn)場圖

根據(jù)調(diào)試結(jié)果，將+12 V測試電壓加在端子的兩端，選用了PCF8563時鐘芯片和AT24C512存儲器進(jìn)行輸出控制，測試輸出性能曲線，得到結(jié)果如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)的輸出電壓曲線

分析圖10得知，設(shè)計的系統(tǒng)模擬輸出范圍為0至10 VDD，閉環(huán)增益45 V，滿足設(shè)計指標(biāo)要求，具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)語

本研究針對智能酒庫貯酒中心微機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建作了系列的闡述，采用嵌入式的微機(jī)管理技術(shù)和集成信息處理技術(shù)是可行的，可實(shí)現(xiàn)對智能酒庫貯酒中心微機(jī)集散電子監(jiān)控的設(shè)計。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)分為智能監(jiān)測信息采集模塊、總線輸出轉(zhuǎn)換模塊、程序加載模塊、指令收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊等。人機(jī)交互模塊的終端與PPI接口相連，采用物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的RFID標(biāo)簽識讀器進(jìn)行總線輸出尋址，完成總線傳輸控制和系統(tǒng)的集成。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得知，設(shè)計的系統(tǒng)輸出增益較大，穩(wěn)定性較好。