基于ATmega128和μC/OS-II的在线钠离子分析仪的设计

在正常测量时，样水从进口经三通电磁阀进人恒流杯，过多的样水从溢流口流出，由于负压原理，样水在T形块带动碱化气进入测量杯，水气混合后，PH值达到要求，流经测量电极和参比电极经出水口排出。当标定时，电磁阀进行切换，校准用标准溶液经电磁阀进入恒流杯，样水经卸压阀流出。该水路设计削弱了H+和流速造成的误差，提高了测量精度。

4 硬件电路设计

在线钠离子分析仪的硬件电路设计是以8位的微控制器ATmega128为核心，其总体的设计框图如图3所示。主要包括电源、信号调理电路、A／D转换、微控制器、扩展存储器、人机接口6个部分。

电极输出的是一个近似直流的电压信号，经放大处理后，进行A/D转换，将数字信号输入微控制器进行分析处理，然后存储和显示数据，并通过串口把数据传输给控制室。

4．1 微控制器

这里选用高性能8位单片机ATmega128。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，可广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备、家用电器等各个领域。

ATmega128特点：内嵌128 KB的Flash程序存储器，擦写方便，便于产品的调试、开发、更新；内嵌4 KB的E2PROM和4KB的RAM，具有64 KB的外部存储器寻址空间；具有PWM功能的定时器／计数器(T／C)；具有片内振荡器的可编程看门狗定时器：SPI串行端口；与IEEE1149.1规范兼容的JTAG测试接口(同时还可用于片上调试)；低电压供电、宽工作电压范围：2.7～5.5 V；抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计的工作量和硬件的使用量；工作温度范围符合工业级要求，达到-55℃～+125℃。基于ATmega128的诸多特点．因此这里选用ATmega128单片机作为在线钠离子分析仪的核心控制器。

4．2 A／D转换器

A／D转换器采用TI公司的AD7714。AD7714是适用于低频测量应用的完整模拟前端。器件直接从传感器接受低电平信号并输出串行数字。它使用∑-△转换技术以实现高达24位的无误码性能。输人信号加至专有的基于模拟调制器，具有可编程增益的前端。调制器的输出由片内数字滤波器处理。通过片内控制寄存器可对此数字滤波器编程，允许调整滤波器的截止频率和稳定时间。AD7714具有3个差分模拟输入(它也可配置为5个准差分模拟输入)以及差分基准输入，分别对温度信号和钠离子浓度信号采样。

4．3 存储部分

由于系统移植了μC/OS-II操作系统，各个任务均需要分配独立的堆栈空间，总线上扩展32 K字节的随机存储器KM62256。KM62256是8位数据宽度32 K字节的随机存储器，具有低功耗、速度快等优点。同时还扩展了64 KB字节的E2pROM AT24C512，用来存储电路校准数据和实时测量数据，并可存储一个月的历史数据，绘制历史曲线，详细反映水质变化过程和趋势，有利于发现和解决问题。