基于ARM9和Linux的电磁流量计设计

时间:2013-11-11来源:网络

  0 引 言

  电磁流量计是一种测量导电介质体积流量的计量仪表,具有测量精度高、稳定性好、可靠性高等特点。电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外,还可 测量液固两相液体、高粘度液体及盐类、强酸、强碱液体的体积流量,可广泛应用于水泥、化工、轻纺、冶金、矿山、造纸、医药、给排水、食品饮料、环保等工业 技术部门,其产品的性能、质量和可靠性对上述企业的经济效益有着重要的影响。

  嵌入式系统( Embedded Sy stem) 是以应用为中心和以计算机技术为基础的,并且软硬件是可以裁减的,能满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求的专用计算机系统。它 是面向用户、面向产品、面向应用的专用系统,与通用的计算机系统相比具有如下特点:嵌入式CPU 通常具有低功耗、体积小、集成度高、成本低等优点,能够把通用的CPU 中许多由板卡完成的功能集成到芯片内部; 嵌入式系统的开发和应用不容易在市场上形成垄断; 嵌入式系统产品一旦进入市场,一般具有较长的生命周期; 嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计; 嵌入式系统必须有一套交叉开发工具和环境才能进行开发。

  检测仪表是实现参数检测过程的重要一环,一般都具有变换、测量装置和显示装置三部分。针对于检测仪表的要求,合理剪裁软硬件实现高集成度、小型 化,使得检测仪表不仅具有传感测量、补偿计算、显示的功能,还具有更加强大的信息处理、比较推理、故障诊断、自学习自适应等智能化功能。应用嵌入式系统的 网络接入技术,还能使仪表完成远程维护、远程控制、故障报警、信息发布与共享等以前无法实现的功能。嵌入式系统技术的高度发展,给检测与仪表技术带来了前 所未有的发展空间和机遇,为检测仪表的智能化、网络化和微型化铺平了道路,为仪表行业的发展带来了广阔的前景。

  传统电磁流量计一般采用8 位或16 位的单片机,由于单片机性能较弱和外围接口少,无法完成复杂算法或者多项并行任务; 在显示方式上一般采用LED 或段式LCD,只能显示数字、字母、汉字和一些粗糙的图案;在数据存储方面一般采用小容量的EPROM 存储器,流量数据存储一般以二进制方式存储,不具有通用性;在通信方式上,一般采用RS 232 或RS 485,其开放性不高,组网距离短。为了提高性能和功能,有些电磁流量计甚至采用了多个单片机协同工作的方式,增加了电磁流量计设计与实现的复杂度。因此 有必要采用高性能的32 位处理器来设计电磁流量计。

  基于32 位ARM 处理器和嵌入式Linux 操作系统构建嵌入式系统开发平台,并将其应用于电磁流量计的设计和开发中,将有利于提高高端电磁流量计产品的质量,更好地满足用户需求,而且对我国电磁流 量计检测技术水平的发展也具有重要的现实意义。由于嵌入式系统的设计与开发的复杂性和高难度,本文所构建的高性能32 位嵌入式系统开发平台,也可推广应用于其他高端仪器仪表的设计中,缩短新产品的设计开发周期,增强企业对客户需求的响应能力和产品的更新换代能力。

  1 总体设计

  1. 1 ARM 处理器的选择

  结合电磁流量计的应用背景,选择32 位的嵌入式ARM 处理器。根据ARM 处理器的应用选型,并考虑到ARM 处理器价格、性能、集成度和功能、设计支持及开发工具的支持等因素,以及应用中对于以太网和USB 接口功能的要求,选择了Atmel 公司的AT91RM9200 工业级芯片。

  1. 2 嵌入式操作系统的选择

  对于一种嵌入式操作系统通常有这样一些*估选择标准:实用性、需要消耗的资源数( 包括SDRAM,FLASH MEMORY 等) 、支持软件的丰富程度、可靠性以及其执行性能等。Linux 已经被移植到了很多平台,包括ARM,MIPS,SH3,Alpha,X86,Pow erPC 等,由成千上万的爱好者开发的应用软件、协议栈以及丰富的设备驱动程序; 更重要的是这些驱动很多都以OpenSour ce 的形式发布出来,使得大家都从中受益。

  1. 3 总体设计框架

  通过对电磁流量计的方案选择,并综合国内外电磁流量仪表产品的智能化、集成化、网络化的发展趋势,系统总体结构如图1 所示。系统主要由硬件子系统和软件子系统组成。

基于ARM9和Linux的电磁流量计设计
图1 系统总体框架

  电磁流量计的硬件子系统主要由电源模块、信号输入模块、CPU 核心模块、励磁输出模块、人机交互模块、通信接口模块和调试接口模块组成。各模块的功能描述如下:

  电源模块:为整个硬件子系统提供稳定可靠的电源。

  CPU 核心模块:由ARM 处理器、SDRAM,FLASH 以及辅助电路构成最小系统,同时也是运行嵌入式Linux 的基本硬件平台。

  信号输入模块:将传感器输出的小电压或电流信号进行放大、滤波以及转换为数字量,以便进行软件处理。

  励磁输出模块:通过D/ A 转换器输出低频三值矩形方波,并通过功率放大输出给传感器。

  人机交互模块:由键盘接口和TFT 液晶显示接口组成,通过键盘和菜单界面进行系统参数设定,并由液晶屏实时显示瞬时流量、累积流量和流量曲线等。

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关键词: Atmel AT91RM9200 Linux 电磁流量计

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