基于ARM和μC/OS-Ⅱ的在線磷酸根離子監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)

2．4 電源電路模塊

使用專用AC-DC電源模塊，輸入220 V交流電，輸出DC24v／O.3 A，DC24 V／1．5 A和DC 5 V直流電。同時(shí)選用低壓差電壓調(diào)節(jié)器LM1117提供3．3 V電源。

2．5 通訊電路模塊

通訊電路模塊包括通用異步串行通信USB，RS 232，RS485，4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。USB接口主要用于和上位機(jī)通訊，RS 232模塊用于和其他設(shè)備通信，選用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX3221串口轉(zhuǎn)換芯片，RS 485用作遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，另外，配備4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流用作數(shù)據(jù)傳輸避開噪聲影響，將低于4 mA和高于20 mA的信號(hào)用作各種故障的報(bào)警。

2．6 人機(jī)接口

人機(jī)接口模塊包括觸摸顯示和按鍵兩部分。觸摸顯示部分采用TFT6448真彩液晶顯示器，具有使用溫度范圍廣(-10～+65℃)，低功耗(3.3V，最大電流240 mA)，寬輸入電壓(2．7～5．5 V)，輕薄設(shè)計(jì)(高度10 mm)等優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)有6個(gè)按鍵配合使用，以方便操作。

2．7 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路模塊

為了能夠準(zhǔn)確記載所檢測(cè)的磷酸根濃度對(duì)應(yīng)的日期、時(shí)間，選用了掉電不丟失的鐵電存儲(chǔ)器FM31256，該芯片是包含基于處理器系統(tǒng)的通用功能需求的集成器件，主要功能包含32 768 b的鐵電非易失性存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、低電壓復(fù)位和一個(gè)通用的比較器，用于電源失效中斷輸出或其他用途。

2．8 復(fù)位系統(tǒng)電路模塊

系統(tǒng)選用STM811復(fù)位芯片。該芯片是專用于產(chǎn)生微處理器復(fù)位功能的芯片。在電源上電、掉電以及監(jiān)控系統(tǒng)電源電壓的變化，產(chǎn)生可靠的電源復(fù)位信號(hào)，使微處理器產(chǎn)生復(fù)位或處理中斷事件。

另外，本系統(tǒng)還采用AT92M40800內(nèi)部看門狗定時(shí)器，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入異常中斷后進(jìn)行自動(dòng)復(fù)位，確保系統(tǒng)連續(xù)正常檢測(cè)。

3 管理控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

磷酸根離子分析儀主要用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)磷酸根離子的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)儀器的穩(wěn)定性和可靠性以及抗干擾性能要求較高。μC／OS-Ⅱ是一個(gè)完整的、開源的、可移植、固化、裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。其穩(wěn)定性與安全性方面已經(jīng)過美國(guó)聯(lián)邦航空管理局認(rèn)證。

μC／OS-Ⅱ在硬件應(yīng)用平臺(tái)上的移植主要完成修改OS_CPU_C．C，OS_CPU_A．ASM等多個(gè)與處理器相關(guān)的文件。μC／OS-Ⅱ官網(wǎng)上已經(jīng)有移植成功的范例，這里不再多做介紹。

系統(tǒng)任務(wù)主要?jiǎng)澐譃椋簻y(cè)量信號(hào)輸入(快速中斷FIQ)、觸摸屏輸入(外部中斷IRQ0)、USB通信(外部中斷IRQl)、4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出及PID溫度控制(串行中斷UARTO)、MODBUS通信(串行中斷UARTl)、按鍵輸入(定時(shí)中斷Time0)、Watchdog中斷、文件管理、用戶圖形界面顯示、CPLD控制管理及輸出報(bào)警等。系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。



4 結(jié)語

系統(tǒng)首次將高性能工業(yè)級(jí)ARM處理器AT91M40800和穩(wěn)定可靠的嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用于磷酸根離子的測(cè)量。

選取幾種標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)得值如表1所示。


儀表在為期兩天的實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)同一溶液多次重復(fù)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果能夠達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，儀表測(cè)量重復(fù)性良好，滿足在線測(cè)量要求。實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、智能化程度高、測(cè)量精度高、重復(fù)性好，可以滿足火電廠對(duì)磷酸根離子在線檢測(cè)的需要。