CN109378961A - 基于ucos控制与管理的变频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于UCOS控制与管理的变频器，包括中央处理单元、信号采集单元、显示单元、键盘单元、通信单元、外部信号处理单元、保护单元、驱动单元以及主功率单元，本发明中央处理单元运行uCOS实时操作系统，利用邮箱、信号量和消息队列来协调和同步各任务，任务包括：信号采集任务、PWM驱动任务、面板显示任务、键盘扫描任务、通信读写任务、外部信号处理任务、电机算法处理任务、系统任务。本发明的基于UCOS控制与管理的变频器，任务之间协调和同步关系合理、清晰，提高了主芯片资源利用率，改善系统响应时间，提高变频器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，具体为一种基于UCOS控制与管理的变频器。
背景技术
目前，变频器都是用运行着一个主程序的裸机程序，此种架构的变频器控制程序结构复杂，实时性不强，稳定性差，后期开发新的功能也比较困难，往往重要重新开发，这就导致重复开发，降低了开发效率，不但延长了产品开发周期而且增加了开发成本。
uCOS操作系统( Micro Control Operation System ) 是一个可以基于ROM运行的、可裁减的、抢占式、实时多任务内核，具有高度可移植性，特别适合于微处理器和控制器，经过严格测试的可以用于航天器的实时操作系统，具有稳定性强、安全性能高、实时性好、易于后期功能扩展的特点。
发明内容
本发明针对现有变频器的不足，提供一种基于UCOS控制与管理的变频器。
本发明采用的技术方案如下：一种基于UCOS控制与管理的变频器，包括中央处理单元以及与之相连的信号采集单元、显示单元、键盘单元、通信单元、外部信号处理单元、保护单元、驱动单元以及主功率单元；
所述主功率单元包括全桥不可控整流桥、缓冲电路、母排支撑电容和绝缘栅双极型晶体管模块，所述缓冲电路包括缓冲电阻以及缓冲继电器；
所述驱动单元包括电源部分、驱动互锁部分、驱动隔离部分，用于接收并放大所述中央处理单元发出的PWM信号并驱动所述主功率单元中的绝缘栅双极型晶体管模块；
所述信号采集单元用于对所述主功率单元的各项电压电流信号采集与调制，并将调制后信号传递给所述中央处理单元；
所述显示单元用于显示所述中央处理单元的传递过来的相关数据；
所述键盘单元用于采集操作者所执行命令，并将其传递给所述中央处理单元；
所述通信单元用于所述中央处理单元与外界的通信；
所述外部信号处理单元用于所述中央处理单元与外界的数字信号以及模拟信号的输入输出转换，完成与外界的信息交换；
所述保护单元用于接收所述信号采集单元、所述中央处理单元的信号对所述驱动单元封锁所述主功率单元PWM信号；
所述中央处理单元用于运行UCOS操作系统，通过邮箱、信号量和消息队列来协调和同步各任务，任务包括：对应于所述信号采集单元的电压电流信号采集任务，对应于所述显示单元的显示扫描任务，对应于所述键盘单元的按键扫描任务以及功能管理任务，对应于所述通信单元的通信发送任务和通信接收任务，对应于所述外部信号处理单元的输入信号处理任务以及输出信号处理任务，对应于所述保护单元的故障处理任务，对应于所述驱动单元的电机算法与PWM管理任务。
进一步地，所述功能管理任务接收所述按键扫描任务、所述通信接收任务、所述输入信号处理任务提供的消息设置与调节变频器相关参数，并且管理所述通信发送任务与外界通信。
进一步地，所述电机算法与PWM管理任务根据所述功能管理任务、所述电压电流信号采集任务提供的信息调节并发送PWM信号到所述驱动单元控制变频器输出。
进一步地，所述故障处理任务根据电压电流信号采集任务提供的信息对变频器进行保护。
进一步地，所述电压电流信号采集任务与所述信号采集单元相关联，将实时采集的电压电流信号通过消息队列发送给所需任务。
进一步地，所述显示扫描任务与所述显示单元相关连，将所述功能管理任务需显示的数据按要求显示。
进一步地，所述按键扫描任务与所述键盘单元想关联，实时读取按键状态并将其通过信号量传递给所述功能管理任务。
进一步地，所述通信发送任务以及所述通信接收任务与所述通信单元相关联，完成外界与所述功能管理任务之间通信。
进一步地，所述输入信号处理任务以及输出信号处理任务实现外界与变频器之间端子信息交换，所述输入信号处理任务提供DI、AI端子状态信息传递给所述功能管理任务，所述输出信号处理任务将功能管理任务的相关信息转换为DO、AO端子的对应状态。
进一步地，所述中央处理单元采用TMS320F28335微处理器，所述uCOS操作系统为uCOS-II操作系统。
本发明的基于UCOS控制与管理的变频器，对现有技术的变频器控制系统进行任务合并，减少每个任务所占用的时间片，并且任务之间协调和同步关系合理、明晰，提高了主芯片资源利用率，改善了系统响应时间，提高了变频器的性能，有利于后期功能的拓展，稳定性强、安全性能高、实时性好、系统扩展容易，可以缩短产品上市的周期，大幅度减少研发成本。
附图说明
图1是本发明基于UCOS控制与管理变频器的硬件架构图；
图2是本发明基于UCOS控制与管理变频器任务分配图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
本发明的基于UCOS控制与管理的变频器，将uCOS操作系统应用于变频器，使得变频器控制系统也具有uCOS操作系统的稳定性强、安全性高、实时性好，包括中央处理单元以及与之相连的信号采集单元、显示单元、键盘单元、通信单元、外部信号处理单元、保护单元、驱动单元以及主功率单元。
所述主功率单元包括全桥不可控整流桥、缓冲电路、母排支撑电容和绝缘栅双极型晶体管模块，所述缓冲电路包括缓冲电阻以及缓冲继电器。
所述驱动单元包括电源部分、驱动互锁部分、驱动隔离部分，用于接收并放大所述中央处理单元发出的PWM信号并驱动所述主功率单元中的绝缘栅双极型晶体管模块。
所述信号采集单元用于对所述主功率单元的各项电压电流信号采集与调制，并将调制后信号传递给所述中央处理单元。
所述显示单元用于显示所述中央处理单元的传递过来的相关数据。
所述键盘单元用于采集操作者所执行命令，并将其传递给所述中央处理单元。
所述通信单元用于所述中央处理单元与外界的通信。
所述外部信号处理单元用于所述中央处理单元与外界的数字信号以及模拟信号的输入输出转换，完成与外界的信息交换。
所述保护单元用于接收所述信号采集单元、所述中央处理单元的信号对所述驱动单元封锁所述主功率单元PWM信号。
所述中央处理单元采用TMS320F28335微处理器，与所述信号采集单元相连，实时采集所述主功率单元中电压电流信号；与所述键盘单元、显示单元相连，实现人机信息交换；与所述通信单元、外部信号处理单元相连，实现变频器与外界功能的信息交换；与所述保护单元相连，实现对所述主功率单元的保护；与所述驱动单元，实现PWM波输出与变频器控制。
所述中央处理单元运行uCOS操作系统，通过邮箱、信号量和消息队列来协调和同步各任务，包括电压电流信号采集任务、显示扫描任务、按键扫描任务、通信发送任务、通信接收任务、输入信号处理任务、输出信号处理任务、故障处理任务、电机算法与PWM管理任务、功能管理任务。
其中所述电压电流信号采集任务与所述信号采集单元相关联，将实时采集的电压电流信号通过消息队列发送给所需任务；所述显示扫描任务与所述显示单元相关连，将所述功能管理任务需显示的数据按要求显示；所述按键扫描任务与所述键盘单元想关联，实时读取按键状态并将其通过信号量传递给所述功能管理任务；所述通信发送任务以及所述通信接收任务与所述通信单元相关联，完成外界与所述功能管理任务之间通信；所述保护任务与所述保护单元相关联。
所述输入信号处理任务以及所述输出信号处理任务，所述输入信号处理任务提供DI、AI端子状态信息传递给所述功能管理任务，所述输出信号处理任务将功能管理任务的相关信息转换为DO、AO端子的对应状态；实现外界与变频器之间端子信息交换。
根据本发明的变频器，一个典型的任务协调和同步过程如下：
功能管理任务接收按键扫描任务的信息，提供给显示扫描任务显示，并且根据信息调整变频器状态，协调其他任务。若功能管理任务接收到按键扫描任务或者通信接收任务亦或者输入信号处理任务的变频器启动信息，此时电机算法与PWM管理任务根据故障处理任务的信息，电压电流信号采集任务的信息，功能管理任务信息开始运算并输出PWM波，同时显示扫描任务根据功能管理任务的显示信息实时刷新显示，通信发送任务根据功能管理任务的信息发送数据，输出信号处理任务根据功能管理任务的信息更改DO、AO端子状态。
上述中央处理单元型号为TMS320F28335微处理器，该处理器由德州仪器( TI )公司提供，可通过市购获得。
上述uCOS操作系统为uCOS--II操作系统。
在前述说明书与相关附图中存在的教导的帮助下，本发明所属领域的技术人员将会想到本发明的许多修改和其它实施方案。因此，要理解的是，本发明不限于公开的具体实施方案，修改和其它实施方案被认为包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中使用了特定术语，它们仅以一般和描述性意义使用，而不用于限制。
Claims (10)
1.一种基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，包括中央处理单元以及与之相连的信号采集单元、显示单元、键盘单元、通信单元、外部信号处理单元、保护单元、驱动单元以及主功率单元；
所述主功率单元包括全桥不可控整流桥、缓冲电路、母排支撑电容和绝缘栅双极型晶体管模块，所述缓冲电路包括缓冲电阻以及缓冲继电器；
所述驱动单元包括电源部分、驱动互锁部分、驱动隔离部分，用于接收并放大所述中央处理单元发出的PWM信号并驱动所述主功率单元中的绝缘栅双极型晶体管模块；
所述信号采集单元用于对所述主功率单元的各项电压电流信号采集与调制，并将调制后信号传递给所述中央处理单元；
所述显示单元用于显示所述中央处理单元的传递过来的相关数据；
所述键盘单元用于采集操作者所执行命令，并将其传递给所述中央处理单元；
所述通信单元用于所述中央处理单元与外界的通信；
所述外部信号处理单元用于所述中央处理单元与外界的数字信号以及模拟信号的输入输出转换，完成与外界的信息交换；
所述保护单元用于接收所述信号采集单元、所述中央处理单元的信号对所述驱动单元封锁所述主功率单元PWM信号；
所述中央处理单元用于运行UCOS操作系统，通过邮箱、信号量和消息队列来协调和同步各任务，任务包括：对应于所述信号采集单元的电压电流信号采集任务，对应于所述显示单元的显示扫描任务，对应于所述键盘单元的按键扫描任务以及功能管理任务，对应于所述通信单元的通信发送任务和通信接收任务，对应于所述外部信号处理单元的输入信号处理任务以及输出信号处理任务，对应于所述保护单元的故障处理任务，对应于所述驱动单元的电机算法与PWM管理任务。
2.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述功能管理任务接收所述按键扫描任务、所述通信接收任务、所述输入信号处理任务提供的消息设置与调节变频器相关参数，并且管理所述通信发送任务与外界通信。
3.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述电机算法与PWM管理任务根据所述功能管理任务、所述电压电流信号采集任务提供的信息调节并发送PWM信号到所述驱动单元控制变频器输出。
4.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述故障处理任务根据电压电流信号采集任务提供的信息对变频器进行保护。
5.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述电压电流信号采集任务与所述信号采集单元相关联，将实时采集的电压电流信号通过消息队列发送给所需任务。
6.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述显示扫描任务与所述显示单元相关连，将所述功能管理任务需显示的数据按要求显示。
7.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述按键扫描任务与所述键盘单元想关联，实时读取按键状态并将其通过信号量传递给所述功能管理任务。
8.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述通信发送任务以及所述通信接收任务与所述通信单元相关联，完成外界与所述功能管理任务之间通信。
9.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述输入信号处理任务以及输出信号处理任务实现外界与变频器之间端子信息交换，所述输入信号处理任务提供DI、AI端子状态信息传递给所述功能管理任务，所述输出信号处理任务将功能管理任务的相关信息转换为DO、AO端子的对应状态。
10.根据权利1要求所述的基于UCOS控制与管理的变频器，其特征在于，所述中央处理单元采用TMS320F28335微处理器，所述uCOS操作系统为uCOS-II操作系统。
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