基于ARM7控制的CRH380B型空调控制器的设计

胡海峰+王兴江++武梦龙

摘 要 本文设计一种基于ARM7+ARM7架构的空调控制器，具备实时控制、故障处理、过程数据实时记录以及网络上传空调运行信息等功能；软件设计上实现模块化划分，重点设计了控制器内部的核心板程序以及数据采集板程序。现场调试结果表明，本次设计的空调控制器可以实现现有CRH380B型车上各项功能，实现该项目上空调控制器硬件和软件上完全国产化。

【关键词】ARM7 空调控制器 MVB车辆总线

1 引言

纵观目前国内轨道行业几个空调厂家高铁空调控制器主要采用进口控制器，一方面由于进口的高铁控制器价格偏贵，技术上存在一定封锁，现场调试和后期维护升级都存在一定问题；另外一方面国内乘客对高铁的乘车环境也要求越来越高，故研究和开发属于自己的高铁控制器非常有必要。

2 功能概述

本文设计的空调控制器分为硬件和软件设计两部分。硬件上分为核心控制板和数据信息采集板；软件上主要实现数据采集、处理、保存和上传等。本方案优点是能满足高铁空调多输入、输出控制，由专门的CPU负责对外接口，和主CPU之间采用CAN通讯，通讯实时性高，并且稳定。

3 硬件设计

3.1 硬件设计框图

因CRH380B项目需求，硬件设计上要求数字量输入100路，数字量输出60路，以及40路模拟量采集等需求，故本硬件设计采用2片32位ARM7处理器LPC2292作为处理器，其中主CPU主要负责数据处理和司机室网络数据的实时交互，并且对过程数据进行保存，从CPU主要对输入、输出及模拟量数据进行处理。

3.2 外围电路设计分析

3.2.1 铁电存储电路

本次设计中硬件设计上采用铁电存储器，对空调运行状态和故障记录进行实时存储。FM24V10是一个串行的F-RAM存储器，内存大小为：131072x8bits，使用I2C总线，具有读写次数多、功耗低等特点，如图1所示。

3.2.2 时钟电路

本次设计实时时钟芯片采用PCF8523，该时钟芯片与其它时钟芯片相比，可以实现更加准备的及时及更低的功耗，其接口电路如图2所示。

3.2.3 看门狗复位电路

本设计采用的看门狗复位芯片是CAT706，该芯片具备精确的欠压系统监控功能，其带掉电检测的系统复位功能适用于3.0V、3.6V和5.0V系统，为电子系统的正常运行提供了基本的复位和监控功能。

4 软件设计

4.1 概述

本设计软件方案中，采用嵌入式操作系统uc/OS-II系统为软件开发平台，采用基于Keil开发套件中的uVision4为软件集成开发环境，该开发环境是一款稳定、可靠、高效的开发工具，适用于不同层次的用户，完全满足专业应用的使用需求。

4.2 应用程序模块设计

本应用程序模块设计包括一个main（）函数，由该函数创建一个启动任务。启动任务由主程序创建，它的作用：系统硬件初始化，创建各个应用程序任务，主要任务包括：系统状态指示任务、PTU通讯任务、网络通讯任务、温度采集任务、数据处理任务以及空调模式判断任务等。

4.3 软件主程序模块设计

本次设计的空调控制系统，其核心控制指令来自于车辆网络下发的空调指令，当空调主CPU收到控制指令后，进行判断自动进入制冷或者制暖工况，并且实时上传空调运行状态到司机室，并且保存空调实时运行信息，及对故障进行自动处理等功能，所以，对主CPU的程序设计是本次设计的重点。

经过现场调试，本次设计的空调控制器，能够满足CRH380B项目需求，可以实现原有的控制功能，并且增加了大容量铁电存储器，能夠更多记录实时运行状态信息和故障信息，对后续空调维护工作提供便利，并且实现了CRH380B项目上空调控制器的完全国产化设计。

参考文献

[1]张广也.城轨车辆空调制冷系统的失效及故障诊断研究[D].北京：北京建筑大学，2013.

[2]袁雄兵.基于嵌入式系统的地铁车辆空调控制器的研制[D].长沙：中南大学，2008.

[3]刘加春，范凌云.一种新型地铁空调机组的研究与开发[J].家电科技，2012.

[4]孟鑫，刘宵辰等.CRH380A高铁机车空调控制系统的设计与开发[J].铁路技术，2015.

作者单位

1.广州中车轨道交通空调装备有限公司 广东省广州市 510000

2.北方工业大学 北京市 100144