基于ARM和μC/OS-Ⅱ的在線磷酸根離子監測儀設計

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。同時選用低壓差電壓調節器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標準電流輸出。USB接口主要用于和上位機通訊，RS 232模塊用于和其他設備通信，選用MAXIM公司生產的MAX3221串口轉換芯片，RS 485用作遠程數據傳輸，另外，配備4～20 mA標準電流用作數據傳輸避開噪聲影響，將低于4 mA和高于20 mA的信號用作各種故障的報警。

2．6 人機接口

人機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)，輕薄設計(高度10 mm)等優點。

設計有6個按鍵配合使用，以方便操作。

2．7 實時時鐘電路模塊

為了能夠準確記載所檢測的磷酸根濃度對應的日期、時間，選用了掉電不丟失的鐵電存儲器FM31256，該芯片是包含基于處理器系統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器、實時時鐘、低電壓復位和一個通用的比較器，用于電源失效中斷輸出或其他用途。

2．8 復位系統電路模塊

系統選用STM811復位芯片。該芯片是專用于產生微處理器復位功能的芯片。在電源上電、掉電以及監控系統電源電壓的變化，產生可靠的電源復位信號，使微處理器產生復位或處理中斷事件。

另外，本系統還采用AT92M40800內部看門狗定時器，當系統進入異常中斷后進行自動復位，確保系統連續正常檢測。

3 管理控制系統的軟件設計

磷酸根離子分析儀主要用于工業現場磷酸根離子的全天候實時監測，對儀器的穩定性和可靠性以及抗干擾性能要求較高。μC／OS-Ⅱ是一個完整的、開源的、可移植、固化、裁剪的占先式實時多任務內核。其穩定性與安全性方面已經過美國聯邦航空管理局認證。

μC／OS-Ⅱ在硬件應用平臺上的移植主要完成修改OS_CPU_C．C，OS_CPU_A．ASM等多個與處理器相關的文件。μC／OS-Ⅱ官網上已經有移植成功的范例，這里不再多做介紹。

系統任務主要劃分為：測量信號輸入(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標準電流輸出及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控制管理及輸出報警等。系統程序流程圖如圖2所示。



4 結語

系統首次將高性能工業級ARM處理器AT91M40800和穩定可靠的嵌入式操作系統應用于磷酸根離子的測量。

選取幾種標準溶液測得值如表1所示。


儀表在為期兩天的實驗過程中，對同一溶液多次重復測量，測量結果能夠達到國標要求，儀表測量重復性良好，滿足在線測量要求。實驗和現場應用表明，該系統工作穩定、智能化程度高、測量精度高、重復性好，可以滿足火電廠對磷酸根離子在線檢測的需要。