基于STM32的工业通用控制器的研究与实现

        随着电子技术和现场总线技术的迅速发展，特别是微处理器和微机技术的发展，现代控制器逐渐向集成化、网络化和智能化方向转变[1]，实现的功能也越来越强大: 采用高性能的嵌入式处理器的强运算处理能力，可以实现更多复杂的控制算法; 控制器的通信接口支持现场总线协议，具备了良好的通信功能; 嵌入式控制器不仅可以保证控制的实时性、稳定性以及准确性，还可以大幅度降低投入成本，满足用户控制的经济性要求。

　　针对控制器的这种发展趋势，笔者设计基于 ST公司的 STM32F103ZET6 作为主控制芯片的控制器，实现多路数据的采集和控制量的输出，并且控制器可以通过上位机对控制系统实现控制算法的组态，根据工业现场不同的控制要求采用不同的控制方式。它具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便及显示操作集中等特点。

　　1 控制系统结构*

　　控制系统( 图1) 由主系统( 上位机) 和控制器( 下位机) 两部分组成，它们是相互独立而又密不可分的两个应用系统，可以分别单独运行。主系统可运行在 PC 机或工控机上，实现以控制系统图形化编程为基础的过程控制，主系统由工程管理模块、编辑模块、编译模块和通信模块4 部分组成。

　　主系统设计时使用了基于控制算法的图形化编程思路，用户可根据控制算法，在编辑界面中选择不同的功能块组织形成单闭环回路、双闭环回路前馈控制或串级控制等回路，操作界面如图 2所示。在编译模块中进行程序的链接与编译，将用户程序编译生成下位机能识别和执行的目标代码，通过通信模块下载到控制器之中，完成控制过程。

　　控制器包括通信模块、组态运算模块、I/O 模块及显示模块等部分。其中通信模块实现与上位机的通信功能，能够上传用户监测数据和接收上位机的配置信息; 组态运算模块完成用户程序的扫描，指令的解析和输入、输出数据的刷新处理;I / O模块完成现场数据的采集与控制结果的输出。

　　主系统与控制器通过 RS232 进行通信。

　　2 控制器的硬件

　　控制器的硬件开发采用模块化设计，既要保证每一块的独立性，又能实现各个部分的相互联系。控制器( 图 3) 共有 8 路模拟量输入和两路模拟量输出，8 路数字量输入和 8 路数字量输出，一路 RS232 通信接口，并预留有两路 RS485 通信接口、一路 CAN 通信接口及工业以太网接口等。此外，为了提高控制器的抗干扰能力，在 I/O 接口处将每一路输入、输出均使用光电隔离，A/D 模块则使用了 RC 滤波，通信模块的电源和信号也采用了隔离措施，其中对信号的隔离采用了磁电隔离方式，以保证其信号传输的快速性。