變頻器節(jié)電運行參數(shù)顯示調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)設(shè)計

摘

要：設(shè)計了一種變頻器節(jié)電運行參數(shù)顯示調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用STM32開發(fā)平臺對變頻器參數(shù)進行了設(shè)置，借助ADS、KeiluVision5等軟件操作STM32開發(fā)板，使用圖形軟件庫STemWin，調(diào)用其提供的函數(shù)接口，開發(fā)嵌入式圖形界面。以液晶顯示屏作為控制界面，通過Modbus協(xié)議將STM32開發(fā)板與變頻器連接，即可實現(xiàn)利用STM32開發(fā)板遠程控制變頻器節(jié)電運行參數(shù)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：STM32主系統(tǒng)架構(gòu)；參數(shù)設(shè)定；STemWin移植

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引言在實際的變頻器調(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，遠程控制變頻器系統(tǒng)開始進入我國各大型企業(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。在變頻器遠程控制過程中，系統(tǒng)中的電動機與變頻器連接，進行電動機頻率的調(diào)控。在操控室中安裝有PLC，用來輸出動作相關(guān)信號。當現(xiàn)場需要對電動機進行調(diào)控時，由操控室發(fā)出動作指令，動作指令可通過使用PLC轉(zhuǎn)換輸出動作模擬信號，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，將電機調(diào)整到指令動作或頻率，實現(xiàn)變頻器的遠程控制。本文設(shè)計了一個嵌入式控制變頻器參數(shù)系統(tǒng)，其功能包括以下幾個方面：通過嵌入式控制，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集；基于STM32F103ZET6設(shè)計了用于數(shù)據(jù)采集的硬件電路，內(nèi)含144個引腳、112個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)運行參數(shù)時，運用了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)計開發(fā)嵌入式圖形界面，并通過圖形控制界面實現(xiàn)間接控制變頻器。為了提高性能，在STM32F103ZET6上完成了嵌入式KeiluVision5的調(diào)試與運行，并且在KeiluVision5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)動程序，并且編寫了相對應(yīng)的程序?qū)υO(shè)備進行控制與使用。通過對變頻器參數(shù)的設(shè)置，可以實現(xiàn)設(shè)定變頻器加減速時間、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)板實現(xiàn)對變頻器參數(shù)的設(shè)定研究，成本較低，同時可擴展實現(xiàn)對變頻器參數(shù)顯示的遠程控制。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，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，本項目研究成果亦可得到廣泛應(yīng)用。

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系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架2.1

STM32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，時鐘高達72MHz，實際還可以超頻一些，采用單周期乘法和硬件除法；有144個引腳和112個I/O口，大部分I/O口都支持5

V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（X，Y）的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標和Y坐標的電壓。電阻觸摸屏的工作原理主要是通過壓力感應(yīng)原理來實現(xiàn)對屏幕內(nèi)容的操作和控制。2.2

STemWin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，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，運行在硬件層之上，與硬件層之間僅靠液晶驅(qū)動連接，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)動粘合STemWin庫和硬件BSP層的中間件，就可以正常使用STemWin。

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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。3.1

STemWin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的配置進行設(shè)置，例如是否使用存儲器，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：#ifndefGUICONF_H#defineGUICONF_H#defineGUI_NUM_LAYERS10//顯示的最大層數(shù)#defineGUI_OS(0)//不使用操作系統(tǒng)#defineGUI_SUPPORT_TOUCH(0)//不支持觸摸#defineGUI_DEFAULT_FONT&GUI_Font6x8//默認字體#defineGUI_SUPPORT_MOUSE(1)//支持鼠標#defineGUI_WINSUPPORT(1)//窗口管理#defineGUI_SUPPORT_MEMDEV(1)//存儲設(shè)備#defineGUI_SUPPORT_DEVICES(1)//使用設(shè)備指針#endif3.2

LCD驅(qū)動設(shè)置STM32通過SPI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動作，這種方法不僅實時性差，而且浪費單片機的執(zhí)行周期。本文調(diào)用LCD_X_Config()和LCD_X_DisplayDriver()這兩個函數(shù)，使用LCD初始化函數(shù)TFTLCD_Init()來初始化LCD，并且通過GUIDRV_Template.c文件將打點和讀點等函數(shù)封裝起來傳遞給STemWin，LCD_X_Config()函數(shù)代碼如下：//配置程序，用于創(chuàng)建顯示驅(qū)動器件，設(shè)置顏色轉(zhuǎn)換程序和顯示尺寸voidLCD_X_Config(void){GUI_DEVICE_CreateAndLink(&GUIDRV_Template_API,GUICC_M565,0,0);

//創(chuàng)建顯示驅(qū)動件LCD_SetSizeEx(0,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height);LCD_SetVSizeEx(0,tftlcd_data.width,tftlcd_data.height);}GUI_DEVICE_CreateAndLink()函數(shù)用來創(chuàng)建顯示驅(qū)動器件，第二個參數(shù)是指定所使用的調(diào)色板，本文使用的是GUICC_M565調(diào)色板，即RGB565，最后根據(jù)LCD尺寸來設(shè)置屏幕大小。tftlcd_data.width和tftlcd_data.height是TFT彩屏的X寬度和Y高度。本文實驗所使用的液晶屏是CJT05601，該液晶顯示屏的主要特點如下：屏幕尺寸：640×480dpi；內(nèi)建RAM內(nèi)存容量：768kB；16位色彩；支持MCU接口；不帶觸摸顯示模塊。4

STemWin的圖形界面設(shè)計4.1

STemWin的窗口管理機制及移動拖影的消除本文使用函數(shù)_cbBkWindow()作為這個背景窗口的回調(diào)函數(shù)。WM_PAINT消息作為清屏操作，實現(xiàn)重繪背景窗口。新建窗口的回調(diào)函數(shù)_cbWindow()，調(diào)用函數(shù)WM_CreateWindow()創(chuàng)建一個窗口hWnd，窗口的回調(diào)函數(shù)為_cbWindow()，窗口屬性設(shè)置為可見。移動窗口，每次X、Y分別移動2個像素。刪除窗口hWnd，使背景窗口WM_HBWIN無效，這樣下一次調(diào)用GUI_Exec()函數(shù)的時候就會重繪背景窗口WM_HBWIN。而此時移動窗口hWnd，背景窗口WM_HBWIN并沒有設(shè)置回調(diào)函數(shù)，因此當hWnd移動時會有拖影。而再調(diào)用函數(shù)WM_SetCallback()為背景窗口設(shè)置回調(diào)函數(shù)_cbBkWindow()，這樣在移動窗口hWnd的時候就會調(diào)用_cbBkWindow()重繪背景窗口，從而可以消除拖影?；卣{(diào)函數(shù)設(shè)置如下：//為背景窗口設(shè)置回調(diào)函數(shù)_cbOldBK=WM_SetCallback(WM_HBKWIN,_cbBkWindow);_MoveWindow("Backgroundhasbeenredraw");//移動窗口WM_SetCallback(WM_HBKWIN,_cbOldBK);}voidSTemWIN_WM_Redraw_Test(void){STemWin_WMReDraw_Test();while(1){GUI_Delay(10);}4.2

文本顯示設(shè)置本實驗寫的STemWin應(yīng)用是通過voidemwindemo_task(void*p_arg)任務(wù)函數(shù)進行調(diào)用，文本顯示調(diào)用代碼如下：//EMWINDEMO任務(wù)voidemwindemo_task(void*p_arg){STemWIN_Text_Test();while(1){GUI_Delay(10);}上述的STemWIN_Text_Test()函數(shù)是實現(xiàn)文本顯示的函數(shù)，該函數(shù)包含在text_demo.c文件內(nèi)，text_demo.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