基于ARM和μC/OS-Ⅱ的在线磷酸根离子监测仪设计

2．4 电源电路模块

使用专用AC-DC电源模块，输入220 V交流电，输出DC24v／O.3 A，DC24 V／1．5 A和DC 5 V直流电。同时选用低压差电压调节器LM1117提供3．3 V电源。

2．5 通讯电路模块

通讯电路模块包括通用异步串行通信USB，RS 232，RS485，4～20 mA标准电流输出。USB接口主要用于和上位机通讯，RS 232模块用于和其他设备通信，选用MAXIM公司生产的MAX3221串口转换芯片，RS 485用作远程数据传输，另外，配备4～20 mA标准电流用作数据传输避开噪声影响，将低于4 mA和高于20 mA的信号用作各种故障的报警。

2．6 人机接口

人机接口模块包括触摸显示和按键两部分。触摸显示部分采用TFT6448真彩液晶显示器，具有使用温度范围广(-10～+65℃)，低功耗(3.3V，最大电流240 mA)，宽输入电压(2．7～5．5 V)，轻薄设计(高度10 mm)等优点。

设计有6个按键配合使用，以方便操作。

2．7 实时时钟电路模块

为了能够准确记载所检测的磷酸根浓度对应的日期、时间，选用了掉电不丢失的铁电存储器FM31256，该芯片是包含基于处理器系统的通用功能需求的集成器件，主要功能包含32 768 b的铁电非易失性存储器、实时时钟、低电压复位和一个通用的比较器，用于电源失效中断输出或其他用途。

2．8 复位系统电路模块

系统选用STM811复位芯片。该芯片是专用于产生微处理器复位功能的芯片。在电源上电、掉电以及监控系统电源电压的变化，产生可靠的电源复位信号，使微处理器产生复位或处理中断事件。

另外，本系统还采用AT92M40800内部看门狗定时器，当系统进入异常中断后进行自动复位，确保系统连续正常检测。

3 管理控制系统的软件设计

磷酸根离子分析仪主要用于工业现场磷酸根离子的全天候实时监测，对仪器的稳定性和可靠性以及抗干扰性能要求较高。μC／OS-Ⅱ是一个完整的、开源的、可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。其稳定性与安全性方面已经过美国联邦航空管理局认证。

μC／OS-Ⅱ在硬件应用平台上的移植主要完成修改OS_CPU_C．C，OS_CPU_A．ASM等多个与处理器相关的文件。μC／OS-Ⅱ官网上已经有移植成功的范例，这里不再多做介绍。

系统任务主要划分为：测量信号输入(快速中断FIQ)、触摸屏输入(外部中断IRQ0)、USB通信(外部中断IRQl)、4～20 mA标准电流输出及PID温度控制(串行中断UARTO)、MODBUS通信(串行中断UARTl)、按键输入(定时中断Time0)、Watchdog中断、文件管理、用户图形界面显示、CPLD控制管理及输出报警等。系统程序流程图如图2所示。



4 结语

系统首次将高性能工业级ARM处理器AT91M40800和稳定可靠的嵌入式操作系统应用于磷酸根离子的测量。

选取几种标准溶液测得值如表1所示。


仪表在为期两天的实验过程中，对同一溶液多次重复测量，测量结果能够达到国标要求，仪表测量重复性良好，满足在线测量要求。实验和现场应用表明，该系统工作稳定、智能化程度高、测量精度高、重复性好，可以满足火电厂对磷酸根离子在线检测的需要。