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)控程序運行于PC機上，監(jiān)控人員需要在固定的監(jiān)控室內(nèi)進行溫濕度等參數(shù)的監(jiān)控。這樣的應(yīng)用模式存在如下問題，一是監(jiān)控節(jié)點位置固定，可移動性差；二是布線受環(huán)境限制，通信故障查找困難。當今，智能化已成為自動化領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢，并推動智能功能迅速擴展到儀器、儀表、設(shè)備等行業(yè)。溫濕度的測量和控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象觀測、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，通過仿真實驗，可以實現(xiàn)對環(huán)境溫室溫度和濕度的檢測與控制。因此，有必要利用嵌入式技術(shù)在PDA上實現(xiàn)溫濕度模糊控制系統(tǒng)，這樣就可以做到隨時隨地進行溫濕度參數(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)分為兩個層次，上層是數(shù)據(jù)存儲與監(jiān)控系統(tǒng)，由PDA、AP（無線接入點）、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成，PDA通過AP和數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行實時數(shù)據(jù)交互，監(jiān)測和控制各監(jiān)測點的溫濕度參數(shù)。上位機采用性能較高的PC機，上位機和PDA利用所建立的模糊控制條件轉(zhuǎn)換規(guī)則對檢測點環(huán)境進行智能控制。下層是數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，下位機選用智能模塊LTM8303, LTM8600等直接面向被控對象，通過傳感器DS1820/DS18B20等組成測溫電纜，對溫濕度等參數(shù)進行實時檢測。

　　系統(tǒng)采用兩級通訊網(wǎng)絡(luò)連接。由上位機通過SIMATIC S7-200隔離型RS-232/485轉(zhuǎn)換模塊組成RS 485分布式測控網(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，并接收上位機的控制信號通過變頻器控制風機，空調(diào)，水泵等執(zhí)行機構(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：采用嵌入式和無線通信技術(shù)，與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行實時數(shù)據(jù)交互，通過模糊控制條件轉(zhuǎn)換程序監(jiān)測和設(shè)置各監(jiān)測點的溫濕度參數(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；解析來自PDA端的溫濕度參數(shù)數(shù)據(jù)包，并寫入數(shù)據(jù)庫。

　　上位機控制系統(tǒng)：與下位機和PDA進行數(shù)據(jù)交互，接收來自PDA端的溫濕度控制參數(shù)，形成控制信號發(fā)送給下位機；同時，接收來自下位機所采集的溫濕度參數(shù)，提交給數(shù)據(jù)庫和PDA;同時，也具有對各監(jiān)測點實行集中監(jiān)控，管理以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。

　　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； 接收上位機的控制信號，對各風機，空調(diào)，水泵等設(shè)備通過變頻器實施控制。

　　3 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計

　　3.1模糊集基本理論

　　可見，一個模糊數(shù)的l-截集對應(yīng)一個區(qū)間。

　　3.2輸入變量和輸出變量

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

　　在監(jiān)測現(xiàn)場溫濕度參數(shù)時，下位機采集到的現(xiàn)場溫濕度參數(shù)傳送到上位機和PDA,這時溫度參數(shù)和濕度參數(shù)作為輸入變量，通過模糊控制轉(zhuǎn)換模塊，利用隸屬函數(shù)分別計算現(xiàn)場采集的溫濕度參數(shù)隸屬度。若隸屬度超出所設(shè)定的閾值，則報警；否則，認為正常。

　　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算機進行處理時，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）某個值”，“不超過某個值”，“不低于某個值”。

　　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)測點溫度的值域為[0,1000],則“高溫狀態(tài)”的0.9截集運算結(jié)果為[600,1000],即在這個區(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)測點濕度的值域為[10,100],那么，“濕度大約在50度左右”的0.9截集運算結(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500度”，l取值為0.9,監(jiān)測點溫度的值域為[300,800],那么， “溫度不超過500度”的0.9截集運算結(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)測點濕度的值域為[10,100],那么， “濕度不低于40度”的0.9截集運算結(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上實現(xiàn)了溫濕度模糊控制系統(tǒng)，開發(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，其價格昂貴，不適合低端嵌入式產(chǎn)品開發(fā)。嵌入式Linux操作系統(tǒng)彌補了上述不足，Linux操作系統(tǒng)是遵循GPL公約，并且有運行穩(wěn)定、源碼開放的特點，被認為是未來嵌入式操作系統(tǒng)的選擇。

　　MiniGUI能跨多種操作系統(tǒng)，主要運行于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的主要特點有：

　　遵循GPL條款的純自由軟件；提供了完備的多窗口機制；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,主機系統(tǒng)為：Fedora Core 1 Linux.

　　MiniGUI的移植通過如下步驟：

　　1）安裝交叉編譯工具： arm-linux-gcc 2.95.3

　　2）建立掛裝目錄，實現(xiàn)主機與目標機的連接

　　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庫文件和實例程序

　　4.3嵌入式軟件實現(xiàn)

　　在開發(fā)基于MiniGUI的嵌入式軟件時，先將mde-1.3.0中的configure.in、autogen.sh以及腳本arm-complier拷貝到項目開發(fā)目錄中并修改confiugre.in在AC_INIT（<參數(shù)>），將<參數(shù)>改為項目主程序源文件名（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即可交叉編譯項目程序。

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

　　如觸摸屏驅(qū)動設(shè)置（在MiniGUI.cfg中設(shè)置）：

　　# IAL engine

　　ial_engine=UCB1X00 //驅(qū)動引擎名稱

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

　　mtype=

　　4.4源程序的交叉編譯

　　當主機系統(tǒng)和目標主機不兼容時，需要在主機上通過交叉編譯工具編譯出目標系統(tǒng)可以運行的程序，這個過程叫做交叉編譯。

　　5結(jié)論

　　該系統(tǒng)行約半年左右， ，此間運作比較良好。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MiniGUI能穩(wěn)定、可靠的運行于linux系統(tǒng)下，并且通過上述實踐證明其可以快速構(gòu)建一個穩(wěn)定的可視化軟件系統(tǒng)。

　　在經(jīng)濟效益方面，據(jù)粗略統(tǒng)計，在與沒有實施移動溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)情況下相比，實施此系統(tǒng)之后使得現(xiàn)場監(jiān)測加靈活準確，長久運用這個系統(tǒng)還可以降低生產(chǎn)成本，提高工作效率。很多企業(yè)在使用的過程中都給予了很高的評價，所以這個系統(tǒng)的開發(fā)是成功的。