基于ATmega128和μC/OS-II的在線鈉離子分析儀的設(shè)計(jì)

在正常測量時(shí)，樣水從進(jìn)口經(jīng)三通電磁閥進(jìn)人恒流杯，過多的樣水從溢流口流出，由于負(fù)壓原理，樣水在T形塊帶動(dòng)堿化氣進(jìn)入測量杯，水氣混合后，PH值達(dá)到要求，流經(jīng)測量電極和參比電極經(jīng)出水口排出。當(dāng)標(biāo)定時(shí)，電磁閥進(jìn)行切換，校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)電磁閥進(jìn)入恒流杯，樣水經(jīng)卸壓閥流出。該水路設(shè)計(jì)削弱了H+和流速造成的誤差，提高了測量精度。

4 硬件電路設(shè)計(jì)

在線鈉離子分析儀的硬件電路設(shè)計(jì)是以8位的微控制器ATmega128為核心，其總體的設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。主要包括電源、信號(hào)調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換、微控制器、擴(kuò)展存儲(chǔ)器、人機(jī)接口6個(gè)部分。

電極輸出的是一個(gè)近似直流的電壓信號(hào)，經(jīng)放大處理后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)輸入微控制器進(jìn)行分析處理，然后存儲(chǔ)和顯示數(shù)據(jù)，并通過串口把數(shù)據(jù)傳輸給控制室。

4．1 微控制器

這里選用高性能8位單片機(jī)ATmega128。ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，可廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。

ATmega128特點(diǎn)：內(nèi)嵌128 KB的Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫方便，便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、更新；內(nèi)嵌4 KB的E2PROM和4KB的RAM，具有64 KB的外部存儲(chǔ)器尋址空間；具有PWM功能的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(T／C)；具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器：SPI串行端口；與IEEE1149.1規(guī)范兼容的JTAG測試接口(同時(shí)還可用于片上調(diào)試)；低電壓供電、寬工作電壓范圍：2.7～5.5 V；抗干擾能力強(qiáng)，可降低一般8位機(jī)中的軟件抗干擾設(shè)計(jì)的工作量和硬件的使用量；工作溫度范圍符合工業(yè)級要求，達(dá)到-55℃～+125℃。基于ATmega128的諸多特點(diǎn)．因此這里選用ATmega128單片機(jī)作為在線鈉離子分析儀的核心控制器。

4．2 A／D轉(zhuǎn)換器

A／D轉(zhuǎn)換器采用TI公司的AD7714。AD7714是適用于低頻測量應(yīng)用的完整模擬前端。器件直接從傳感器接受低電平信號(hào)并輸出串行數(shù)字。它使用∑-△轉(zhuǎn)換技術(shù)以實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位的無誤碼性能。輸人信號(hào)加至專有的基于模擬調(diào)制器，具有可編程增益的前端。調(diào)制器的輸出由片內(nèi)數(shù)字濾波器處理。通過片內(nèi)控制寄存器可對此數(shù)字濾波器編程，允許調(diào)整濾波器的截止頻率和穩(wěn)定時(shí)間。AD7714具有3個(gè)差分模擬輸入(它也可配置為5個(gè)準(zhǔn)差分模擬輸入)以及差分基準(zhǔn)輸入，分別對溫度信號(hào)和鈉離子濃度信號(hào)采樣。

4．3 存儲(chǔ)部分

由于系統(tǒng)移植了μC/OS-II操作系統(tǒng)，各個(gè)任務(wù)均需要分配獨(dú)立的堆棧空間，總線上擴(kuò)展32 K字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器KM62256。KM62256是8位數(shù)據(jù)寬度32 K字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器，具有低功耗、速度快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還擴(kuò)展了64 KB字節(jié)的E2pROM AT24C512，用來存儲(chǔ)電路校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，并可存儲(chǔ)一個(gè)月的歷史數(shù)據(jù)，繪制歷史曲線，詳細(xì)反映水質(zhì)變化過程和趨勢，有利于發(fā)現(xiàn)和解決問題。