1 引言　　

   大多數(shù)工業(yè)環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)都是基于有線網(wǎng)絡(luò)的，監(jiān)控程序運(yùn)行于PC機(jī)上，監(jiān)控人員需要在固定的監(jiān)控室內(nèi)進(jìn)行溫濕度等參數(shù)的監(jiān)控。這樣的應(yīng)用模式存在如下問(wèn)題，一是監(jiān)控節(jié)點(diǎn)位置固定，可移動(dòng)性差；二是布線受環(huán)境限制，通信故障查找困難。當(dāng)今，智能化已成為自動(dòng)化領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢(shì)，并推動(dòng)智能功能迅速擴(kuò)展到儀器、儀表、設(shè)備等行業(yè)。溫濕度的測(cè)量和控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象觀測(cè)、恒溫恒濕的空調(diào)房、科學(xué)研究及日常生活中被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)基于溫濕度傳感器LTM8901的智能環(huán)境溫濕度控制系統(tǒng)，以AT89S52為控制器，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫室溫度和濕度的檢測(cè)與控制。因此，有必要利用嵌入式技術(shù)在PDA上實(shí)現(xiàn)溫濕度模糊控制系統(tǒng)，這樣就可以做到隨時(shí)隨地進(jìn)行溫濕度參數(shù)的監(jiān)控了。

　　2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和功能

　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的整體架構(gòu)分為兩個(gè)層次，上層是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與監(jiān)控系統(tǒng)，由PDA、AP（無(wú)線接入點(diǎn)）、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器構(gòu)成，PDA通過(guò)AP和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，監(jiān)測(cè)和控制各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度參數(shù)。上位機(jī)采用性能較高的PC機(jī)，上位機(jī)和PDA利用所建立的模糊控制條件轉(zhuǎn)換規(guī)則對(duì)檢測(cè)點(diǎn)環(huán)境進(jìn)行智能控制。下層是數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，下位機(jī)選用智能模塊LTM8303, LTM8600等直接面向被控對(duì)象，通過(guò)傳感器DS1820/DS18B20等組成測(cè)溫電纜，對(duì)溫濕度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

　　系統(tǒng)采用兩級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)連接。由上位機(jī)通過(guò)SIMATIC S7-200隔離型RS-232/485轉(zhuǎn)換模塊組成RS 485分布式測(cè)控網(wǎng)，LTM8903和LTM8600智能模塊作為子站；另為“1-wire Bus”網(wǎng)，LTM8903智能模塊作為采集中心，測(cè)量線纜上的數(shù)字化溫濕度傳感器探頭作為子站，探頭選用數(shù)字化溫度傳感器DS1820/DS18B20;LTM8600模塊為采集中心和控制中心，并接收上位機(jī)的控制信號(hào)通過(guò)變頻器控制風(fēng)機(jī)，空調(diào)，水泵等執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1].系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)圖

　　2.2 功能模塊

　　PDA端嵌入式軟件：采用嵌入式和無(wú)線通信技術(shù)，與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，通過(guò)模糊控制條件轉(zhuǎn)換程序監(jiān)測(cè)和設(shè)置各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度參數(shù)。

　　數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊：發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取PDA端所需數(shù)據(jù)，構(gòu)造數(shù)據(jù)包，經(jīng)由WLAN發(fā)送給該終端；解析來(lái)自PDA端的溫濕度參數(shù)數(shù)據(jù)包，并寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　上位機(jī)控制系統(tǒng)：與下位機(jī)和PDA進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，接收來(lái)自PDA端的溫濕度控制參數(shù)，形成控制信號(hào)發(fā)送給下位機(jī)；同時(shí)，接收來(lái)自下位機(jī)所采集的溫濕度參數(shù)，提交給數(shù)據(jù)庫(kù)和PDA;同時(shí)，也具有對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)行集中監(jiān)控，管理以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。

　　參數(shù)采集控制模塊：采集溫度，濕度參數(shù)，發(fā)送給上位機(jī)； 接收上位機(jī)的控制信號(hào)，對(duì)各風(fēng)機(jī)，空調(diào)，水泵等設(shè)備通過(guò)變頻器實(shí)施控制。

　　3 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1模糊集基本理論

　　可見(jiàn)，一個(gè)模糊數(shù)的l-截集對(duì)應(yīng)一個(gè)區(qū)間。

　　3.2輸入變量和輸出變量

　　在控制現(xiàn)場(chǎng)溫濕度參數(shù)時(shí)，所需設(shè)定的溫濕度值和閾值作為輸入變量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的隸屬函數(shù)進(jìn)行處理，得到的溫度控制范圍和濕度控制范圍作為輸出變量。閾值作為對(duì)溫濕度變化范圍的允許程度，由監(jiān)控者根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)調(diào)整閾值，可以使現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度控制在模糊控制和控制之間變換。當(dāng)閾值為1時(shí)，為控制；當(dāng)閾值為0~1之間的數(shù)值時(shí)，溫濕度參數(shù)為一個(gè)數(shù)值區(qū)間。

　　在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫濕度參數(shù)時(shí)，下位機(jī)采集到的現(xiàn)場(chǎng)溫濕度參數(shù)傳送到上位機(jī)和PDA,這時(shí)溫度參數(shù)和濕度參數(shù)作為輸入變量，通過(guò)模糊控制轉(zhuǎn)換模塊，利用隸屬函數(shù)分別計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)采集的溫濕度參數(shù)隸屬度。若隸屬度超出所設(shè)定的閾值，則報(bào)警；否則，認(rèn)為正常。

　　3.3模糊控制條件轉(zhuǎn)換

　　工業(yè)環(huán)境中，許多控制條件都是模糊的，而這些模糊控制條件在計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理時(shí)，需要轉(zhuǎn)換成確定值或確定的區(qū)間。具體包括“接近于（大約為）某個(gè)值”，“不超過(guò)某個(gè)值”，“不低于某個(gè)值”。

　　模糊控制轉(zhuǎn)換器需要根據(jù)監(jiān)控者設(shè)置的閾值將該模糊控制條件轉(zhuǎn)換成一個(gè)確定的溫度數(shù)值控制區(qū)間，可以得到模糊數(shù)“高溫狀態(tài)”的隸屬函數(shù)， 定義為：

　　假設(shè)l取值為0.9,監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度的值域?yàn)閇0,1000],則“高溫狀態(tài)”的0.9截集運(yùn)算結(jié)果為[600,1000],即在這個(gè)區(qū)間的溫度，都可視為高溫狀態(tài)。模糊控制條件“高溫狀態(tài)”的0.9截集如圖3所示：

　　現(xiàn)在考慮模糊控制條件， 濕度“大約在Y度左右”，模糊數(shù)“接近（大約）Y”的隸屬函數(shù)在論域上的定義為：

　　假設(shè)模糊控制條件為“濕度大約在50度左右”，l取值為0.9,監(jiān)測(cè)點(diǎn)濕度的值域?yàn)閇10,100],那么，“濕度大約在50度左右”的0.9截集運(yùn)算結(jié)果為[47,53],模糊控制條件“濕度大約在50度左右”的0.9截集如圖4所示

　　圖3 模糊控制條件“高溫狀態(tài)”的0.9截集圖

　　圖4 模糊控制條件“濕度大約在50度左右”的0.9截集

　　現(xiàn)在考慮模糊控制條件， 溫度或濕度“不超過(guò)Y”，它的隸屬函數(shù)在論域上的定義為：

　　假設(shè)模糊控制條件為“溫度不超過(guò)500度”，l取值為0.9,監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度的值域?yàn)閇300,800],那么， “溫度不超過(guò)500度”的0.9截集運(yùn)算結(jié)果為[300,530],都可視為正常溫度。模糊控制條件“溫度不超過(guò)500度”的0.9截集如圖5所示。

　　溫度或濕度“不低于Y”，它的隸屬函數(shù)在論域上的定義為：

　　假設(shè)模糊控制條件為“濕度不低于40度”，l取值為0.9,監(jiān)測(cè)點(diǎn)濕度的值域?yàn)閇10,100],那么， “濕度不低于40度”的0.9截集運(yùn)算結(jié)果為[37,100],都可視為正常濕度。模糊控制條件“濕度不低于40度”的0.9截集如圖6所示。

　　圖5 模糊控制條件“溫度不超過(guò)500度”的0.9截集

　　圖6 模糊控制條件“濕度不低于40度”的0.9截集

　　4 嵌入式軟件關(guān)鍵技術(shù)

　　本文利用嵌入式技術(shù)在PDA上實(shí)現(xiàn)了溫濕度模糊控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)模式不同于傳統(tǒng)的應(yīng)用軟件。

　　4.1嵌入式操作系統(tǒng)和圖形系統(tǒng)

　　Palm OS、Neculeus和Windows CE這些專用操作系統(tǒng)都是商業(yè)化產(chǎn)品，其價(jià)格昂貴，不適合低端嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。嵌入式Linux操作系統(tǒng)彌補(bǔ)了上述不足，Linux操作系統(tǒng)是遵循GPL公約，并且有運(yùn)行穩(wěn)定、源碼開(kāi)放的特點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)嵌入式操作系統(tǒng)的選擇。

　　MiniGUI能跨多種操作系統(tǒng)，主要運(yùn)行于linux及一切具有POSIX線程支持的POSIX兼容系統(tǒng)，包括普通嵌入式Linux、eCos、uC/OS-II、VxWorks 等系統(tǒng)。MiniGUI的主要特點(diǎn)有：

　　遵循GPL條款的純自由軟件；提供了完備的多窗口機(jī)制；多字符集和多字體支持，目前支持ISO8859-1、GB2312及Big5 等字符集，并且支持各種光柵字體和 TrueType、Type 1 等矢量字體；全拼和五筆等漢字輸入法支持；BMP、GIF、JPEG及PCX 等常見(jiàn)圖像文件的支持；Windows的資源文件支持，可移植性好。

　　4.2 MiniGUI的移植

　　本文MiniGUI移植目標(biāo)系統(tǒng)為：XScale PXA255處理器，Linux2.4.18操作系統(tǒng)。交叉編譯工具：arm-linux-gcc 2.95.3版，MiniGUI版本：1.3.0,主機(jī)系統(tǒng)為：Fedora Core 1 Linux.

　　MiniGUI的移植通過(guò)如下步驟：

　　1）安裝交叉編譯工具： arm-linux-gcc 2.95.3

　　2）建立掛裝目錄，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與目標(biāo)機(jī)的連接

　　3）安裝Minigui資源文件：Minigui-res-1.3.0.tar.gz

　　4）配置Minigui交叉編譯腳本

　　5）移植Minigui庫(kù)文件和實(shí)例程序

　　4.3嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)

　　在開(kāi)發(fā)基于MiniGUI的嵌入式軟件時(shí)，先將mde-1.3.0中的configure.in、autogen.sh以及腳本arm-complier拷貝到項(xiàng)目開(kāi)發(fā)目錄中并修改confiugre.in在AC_INIT（<參數(shù)>），將<參數(shù)>改為項(xiàng)目主程序源文件名（如：main.c），將AC_OUTPUT（<參數(shù)>）中<參數(shù)>改為Makefile,編寫Makefile.am 即可。執(zhí)行。/autogen.sh; ./arm-complier; make即可交叉編譯項(xiàng)目程序。

　　然后，更改MiniGUI的配置文件MiniGUI.cfg設(shè)置設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，設(shè)置顯示區(qū)域及字體等內(nèi)容。

　　如觸摸屏驅(qū)動(dòng)設(shè)置（在MiniGUI.cfg中設(shè)置）：

　　# IAL engine

　　ial_engine=UCB1X00 //驅(qū)動(dòng)引擎名稱

　　mdev=/dev/touchscreen/0raw //驅(qū)動(dòng)程序所在位置

　　mtype=

　　4.4源程序的交叉編譯

　　當(dāng)主機(jī)系統(tǒng)和目標(biāo)主機(jī)不兼容時(shí)，需要在主機(jī)上通過(guò)交叉編譯工具編譯出目標(biāo)系統(tǒng)可以運(yùn)行的程序，這個(gè)過(guò)程叫做交叉編譯。

　　5結(jié)論

　　該系統(tǒng)行約半年左右， ，此間運(yùn)作比較良好。除了能夠完成傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的功能外，在模糊控制方面和系統(tǒng)的靈活性方面都顯示出良好的性能。在嵌入式軟件方面，由于Linux與MiniGUI都遵循GPL公約，同時(shí)MiniGUI能穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行于linux系統(tǒng)下，并且通過(guò)上述實(shí)踐證明其可以快速構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的可視化軟件系統(tǒng)。

　　在經(jīng)濟(jì)效益方面，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，在與沒(méi)有實(shí)施移動(dòng)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)情況下相比，實(shí)施此系統(tǒng)之后使得現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)加靈活準(zhǔn)確，長(zhǎng)久運(yùn)用這個(gè)系統(tǒng)還可以降低生產(chǎn)成本，提高工作效率。很多企業(yè)在使用的過(guò)程中都給予了很高的評(píng)價(jià)，所以這個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是成功的。