基于ARM和μC/OS-Ⅱ的在線磷酸根離子監(jiān)測儀設(shè)計（二）

時間：2022/5/16閱讀：561

2.管理控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

在線磷酸根離子分析儀的管理控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，包括以32位的AT91M40800微控制器為核心的核心板電路,、控制電路模塊,、信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路模塊,、電源電路模塊,、通訊電路模塊、人機接口電路模塊,、實時時鐘電路模塊,、復(fù)位系統(tǒng)電路模塊8個部分?？傮w設(shè)計框圖如圖1所示,。

基于ARM和μC/OS-Ⅱ的在線磷酸根離子監(jiān)測儀設(shè)計

2.1 核心板電路

核心板電路模塊由嵌入式微控制器AT91M40800及外擴存儲器組成。嵌入式微控制器AT91M40800主要用于管理和控制整個系統(tǒng),。擴充了1 MB的RAM,，主要用于系統(tǒng)程序運行，大大提高系統(tǒng)運行速度,。外擴2 MB的FLASH,，用作主存儲器,，存放系統(tǒng)程序和測量數(shù)據(jù)。

2.2 控制電路模塊

控制電路模塊用CPLD和繼電器控制通道切換,、樣水/標(biāo)液切換,、樣水與試劑柱塞泵注水、攪拌電機,、排污電子閥以及6路超范圍報警和斷樣報警,。

CPLD（Complex Programmable Logic Device）復(fù)雜可編程邏輯器件,，具有編程靈活,、集成度高、設(shè)計開發(fā)周期短,、適用范圍寬,、開發(fā)工具先進、設(shè)計制造成本低,、對設(shè)計者的硬件經(jīng)驗要求低,、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、保密性強,、價格大眾化等特點,。Altera公司MAXⅡ系列EPM240T100芯片具有低成本、高性能的特點,，采用先進的CMOS制作技術(shù),，3.3 V電源供電，并提供600～10000可用邏輯門,，引腳延誤速度為4.5 ns,，計算頻率可高達227.3 MHz。系統(tǒng)用CPLD實現(xiàn)對注塞泵的穩(wěn)定精確控制,。

2.3 信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路

信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路模塊主要用于放大微弱的光電傳感器測量信號,，并通過AD7714轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主處理器AT91M40800。系統(tǒng)選用 OPA2340單電源軌至軌運算放大器,，它具有極低的失調(diào)電壓和偏置電流,，具有較高的共模輸入范圍和共模抑制比。A/D轉(zhuǎn)換器件選用適用于低頻測量應(yīng)用的 AD7714,，轉(zhuǎn)換精度高,、速度快、編程,、接口方便,。

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(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(shè)計（高度10 mm）等優(yōu)點。

設(shè)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(zhǔn)確記載所檢測的磷酸根濃度對應(yīng)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(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器,、實時時鐘,、低電壓復(fù)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(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，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)部看門狗定時器，當(dāng)系統(tǒng)進入異常中斷后進行自動復(fù)位，確保系統(tǒng)連續(xù)正常檢測,。

基于ARM和μC/OS-Ⅱ的在線磷酸根離子監(jiān)測儀設(shè)計（二）

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