【正文】 根據(jù)儀器的不同，進(jìn)行分類存儲(chǔ)，便于以后上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的查詢與讀取。3．儀器控制模塊： 在有些情況下，需要我們對(duì)儀器進(jìn)行一定的操作（例如：讀儀器時(shí)間、設(shè)定儀器的時(shí)間、控制儀器定時(shí)測(cè)量、對(duì)儀器進(jìn)行校正）控制其正常工作。4．動(dòng)作設(shè)備控制模塊：主要控制泵、閥、采集模塊等外部器件的動(dòng)作。要對(duì)這些器件進(jìn)行怎樣的控制，可以寫在步驟文件中，獨(dú)立于運(yùn)行控制核心。5．通信模塊：此模塊主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通信與系統(tǒng)的測(cè)試。因?yàn)椴杉臄?shù)據(jù)不可能只存在終端設(shè)備中，需要我們將數(shù)據(jù)有效的傳回上位機(jī)中進(jìn)行存儲(chǔ)與處理。所以利用此通信模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的傳輸。 系統(tǒng)的總體架構(gòu) 硬件架構(gòu)圖硬件系統(tǒng)可分為6個(gè)模塊來(lái)設(shè)計(jì)：主控制模塊采用LPC2294作為系統(tǒng)的核心CPU；數(shù)據(jù)采集模塊以AD7865作為數(shù)模轉(zhuǎn)化的核心芯片并輔助以O(shè)P497作為前端調(diào)理電路的核心芯片；數(shù)據(jù)通信模塊以TL16C554作為串口擴(kuò)展芯片，以MAX348SP3232E作為485與232接口芯片；控制信號(hào)模塊以TLP5214為光隔，以TN212V繼電器作為驅(qū)動(dòng)芯片；電源模塊涉及到了各電壓等級(jí)，我們選擇了LDO芯片SPX1117作為穩(wěn)壓器件；存儲(chǔ)模塊以SRAM IS61LV25616AL芯片作為存儲(chǔ)器件。圖 21 硬件架構(gòu)圖 軟件架構(gòu)圖軟件工作流程如圖22根據(jù)項(xiàng)目的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有兩種命令發(fā)送方式：第一種為了隨時(shí)觀測(cè)水質(zhì)的需要，可以通過(guò)按鍵，手工輸入采集命令，通知儀器進(jìn)行采集，獲得相關(guān)水質(zhì)數(shù)據(jù)。第二種為了自動(dòng)化采集的需要，可以通過(guò)配置文件，控制系統(tǒng)定時(shí)發(fā)送采集命令，通知儀器進(jìn)行采集，這樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守采集站。因?yàn)樗|(zhì)采集儀器的多樣性，決定了不能通過(guò)統(tǒng)一的采集模式，對(duì)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。根據(jù)儀器的分類，可分為三種采集模式：南京市協(xié)議采集模式、Modbus協(xié)議采集模式、模擬量采集模式。對(duì)于儀器傳回的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定的處理后再進(jìn)行處理。從采集模式中我們了解到三種形式的數(shù)據(jù)，所以要求我們對(duì)三種資料需采用不同的處理方式。利用串口我們可以實(shí)現(xiàn)將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)傳回上位機(jī)進(jìn)行顯示。這就要求我們的系統(tǒng)與上位機(jī)之間采用一定的通信協(xié)議。圖 22 軟件架構(gòu)圖3. 水污染采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，將整個(gè)系統(tǒng)分為多個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣可以使設(shè)計(jì)時(shí)，任務(wù)更明確，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更清晰。該系統(tǒng)可分為6個(gè)模塊來(lái)設(shè)計(jì)：主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、控制信號(hào)模塊、電源模塊和存儲(chǔ)模塊。根據(jù)第二章選型標(biāo)準(zhǔn)：主控制模塊采用LPC2294作為系統(tǒng)的核心CPU；數(shù)據(jù)采集模塊以AD7865作為數(shù)模轉(zhuǎn)化的核心芯片并輔助以O(shè)P497作為前端調(diào)理電路的核心芯片；數(shù)據(jù)通信模塊以TL16C554作為串口擴(kuò)展芯片，以MAX348SP3232E作為485與232接口芯片；控制信號(hào)模塊以TLP5214為光隔，以TN212V繼電器作為驅(qū)動(dòng)芯片；電源模塊涉及到了各電壓等級(jí)，我們選擇了LDO芯片SPX1117作為穩(wěn)壓器件；存儲(chǔ)模塊以SRAM IS61LV25616AL芯片作為存儲(chǔ)器件。 ARM核心模塊電路采集系統(tǒng)采用ARM7LPC2294作為處理器，由于LPC2294 的144 腳封裝、極低的功耗、多個(gè)32 位定時(shí)器、4 高級(jí)CAN以及多達(dá)9個(gè)外部中斷管腳使它們特別適用于汽車、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線。LPC2294 含有76（使用了外部存儲(chǔ)器）到112個(gè)（單片）可用GPIO口。由于內(nèi)置了兩個(gè)串行通信接口，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器以及許多其它的通用應(yīng)用中。下面將詳細(xì)介紹所使用的LPC2294的幾個(gè)基本功能模塊與其管腳連接：系統(tǒng)中使用了LPC2294的兩個(gè)UART，作為我們串口通信接口。LPC2294的兩個(gè)UART中，有一個(gè)具有完整的modem功能。在我們的使用中將兩個(gè)串口作為RS232的信號(hào)源。其中用到的管腳為TxD0、RxD0、TxDRxD1；其中TxD0作為串口1的發(fā)送數(shù)據(jù)線，RxD0作為串口1的數(shù)據(jù)接受線；TxD1作為串口2的發(fā)送數(shù)據(jù)線，RxD1作為串口2的數(shù)據(jù)接受線。LPC2294在使用中最方便的還是其所具有的外部總線，它可以讓用戶可以很簡(jiǎn)單的擴(kuò)展存儲(chǔ)器，而且也可以非常容易的掛接其它的外部器件例如本系統(tǒng)中所使用的AD與串口擴(kuò)展芯片。我們從管腳可以清楚的看出，總線具有32位寬度的數(shù)據(jù)線，我們可以通過(guò)使用BLSx控制所需要使用的數(shù)據(jù)位（以字節(jié)為單位）。地址線為24位再加上四個(gè)片選端，所能控制的地址范圍為64M。其中的WE、OE分別為總線的寫信號(hào)與讀信號(hào)。在進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)候，MCU的中斷也是我們非常關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。我通過(guò)LPC2294的資料了解到，LPC2294具有9個(gè)外部中斷管腳，我們可以方便的使用這些中斷進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。一個(gè)嵌入式處理器自己是不能獨(dú)立工作的，必須給它供電、加上時(shí)鐘信號(hào)、提供復(fù)位信號(hào)，如果芯片沒(méi)有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，則還要加上存儲(chǔ)器系統(tǒng)，然后嵌入式處理器芯片才可能工作。這些提供嵌入式處理器運(yùn)行所必須的條件的電路與嵌入式處理器共同構(gòu)成了這個(gè)嵌入式處理器的最小系統(tǒng)。而大多數(shù)基于ARM7處理器核的微控制器都有調(diào)試接口，這部分在芯片實(shí)際工作時(shí)不是必需的，但因?yàn)檫@部分在開(kāi)發(fā)時(shí)很重要，所以也把這部分也歸入最小系統(tǒng)中但是只有了一塊LPC2294處理器自己是不能獨(dú)立工作的，必須給它供電、加上時(shí)鐘信號(hào)、提供復(fù)位信號(hào)，如果芯片沒(méi)有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，則還要加上存儲(chǔ)器系統(tǒng)，然后嵌入式處理器芯片才可能工作。這些提供嵌入式處理器運(yùn)行所必須的條件的電路與嵌入式處理器共同構(gòu)成了這個(gè)嵌入式處理器的最小系統(tǒng)。而大多數(shù)基于ARM7處理器核的微控制器都有調(diào)試接口，這部分在芯片實(shí)際工作時(shí)不是必需的，但因?yàn)檫@部分在開(kāi)發(fā)時(shí)很重要，所以也把這部分也歸入最小系統(tǒng)中。1. 時(shí)鐘電路圖32為L(zhǎng)PC2294的時(shí)鐘電路，用于向CPU及其他電路提供工作時(shí)鐘。LPC2294使用的是無(wú)源晶振。因串口通信的需要。LPC可以通過(guò)內(nèi)部的PLL電路將傳到芯片內(nèi)核的工作頻率提高。通過(guò)PLL倍頻以后，LPC2294的工作頻率可以到達(dá)60MHz。片內(nèi)的PLL電路兼有頻率提高與信號(hào)提純的作用，因此可以通過(guò)外部較低的時(shí)鐘信號(hào)的輸入，獲得較高的系統(tǒng)工作頻率，避免了高頻時(shí)鐘的輸入，所引起的高頻信號(hào)噪聲。片內(nèi)的工作頻率，還可以通過(guò)內(nèi)部寄存器的設(shè)置，獲得外圍器件需要的時(shí)鐘信號(hào)。2. 復(fù)位電路微控制器在上電時(shí)狀態(tài)并不確定，這造成微控制器不能正確工作。為解決這個(gè)問(wèn)題，所有微控制器均有一個(gè)復(fù)位邏輯，它負(fù)責(zé)將微控制器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài)。這個(gè)復(fù)位邏輯需要一個(gè)復(fù)位信號(hào)才能工作。一些微控制器自己在上電時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，但大多數(shù)微控制器需要外部輸入這個(gè)信號(hào)。這個(gè)信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)微控制器的正常工作有重大影響。 復(fù)位電路可以使用簡(jiǎn)單的阻容復(fù)位，這個(gè)電路成本低廉，但不能保證任何情況產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的復(fù)位信號(hào)，所以一般場(chǎng)合需要使用專門的復(fù)位芯片。 復(fù)位芯片的復(fù)位門檻的選擇至關(guān)重要，一般應(yīng)當(dāng)選擇微控制器的IO口供電電壓范圍為標(biāo)準(zhǔn)。LPC2000這個(gè)范圍為：～。在此系統(tǒng)中我們選擇了CATALYST公司的CAT1023。該芯片具有2K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100年；存儲(chǔ)器采用400KHz的I2C總線接口，16字節(jié)的頁(yè)寫緩沖區(qū)；具有高、低電平復(fù)位信號(hào)；并且具有看門狗輸入信號(hào)，可以和好的解決程序跑飛的問(wèn)題。ARM的復(fù)位電路，其中/MR是手工復(fù)位輸入端低電平有效；RESET與/RESET是復(fù)位輸出端，兩引腳都是開(kāi)漏引腳，所以要分別接下拉電阻與上拉電阻；SDA 是雙向數(shù)據(jù)線，也是開(kāi)漏引腳需接上拉電阻；SCL是時(shí)鐘信號(hào)輸入端；WDI為看門狗信號(hào)輸入引腳，否則芯片發(fā)出復(fù)位信號(hào)。3. JTAG調(diào)試接口電路調(diào)試與測(cè)試接口不是系統(tǒng)運(yùn)行必須的，但現(xiàn)代系統(tǒng)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)可測(cè)性，調(diào)試、測(cè)試接口的設(shè)計(jì)也要重視了。LPC2194有一個(gè)內(nèi)置JTAG調(diào)試接口，通過(guò)這個(gè)接口可以控制芯片的運(yùn)行并獲取內(nèi)部信息。對(duì)于LPC2294芯片，通過(guò)將JTAG接口信號(hào)線連接到一個(gè)插座，外部仿真器或者編程器通過(guò)改插座來(lái)與處理器相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的調(diào)試與編程。目前JTAG插座有兩種標(biāo)準(zhǔn)：14針接口與20針接口本系統(tǒng)使用的是20針接口。JTAG接口電路如圖34所示，/TRST是JTAG 接口的測(cè)試復(fù)位管腳；/TMS是JTAG 接口的模式選擇管腳；/TCK是JTAG 接口測(cè)試時(shí)鐘管腳；/TDI是JTAG接口測(cè)試數(shù)據(jù)輸入管腳；/TDO是JTAG 接口測(cè)試數(shù)據(jù)輸出管腳；/RTCK返回的測(cè)試時(shí)鐘輸出管腳，JTAG 端口的額外信號(hào)，當(dāng)處理器頻率變化時(shí)幫助調(diào)試器保持同步，帶內(nèi)部上拉的雙向口，當(dāng)RESET 為低時(shí)，RTCK 上的低電平會(huì)使P1[31:26]在復(fù)位后作為調(diào)試端口；nRST該信號(hào)可以產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，這樣可以保證仿真器或編程器連接到處理器上后可以讓處理器各寄存器復(fù)位。4. ARM其他需配置的管腳BOOT1 與BOOT0 一同控制引導(dǎo)和內(nèi)部操作。管腳的內(nèi)部上拉確保了管腳未連接時(shí)呈現(xiàn)高阻態(tài)。BOOT1:0=00 選擇引導(dǎo)CS0 控制的8 位存儲(chǔ)器。BOOT1:0=01 選擇引導(dǎo)CS0 控制的16 位存儲(chǔ)器。BOOT1: