【正文】 模塊的功能和與該模塊相對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)。在執(zhí)行控制算法運(yùn)算時(shí)，會(huì)根據(jù)此功能號(hào)調(diào)用對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行運(yùn)算處理。 ? 控制算法的執(zhí)行以 1秒為周期，在執(zhí)行控制算法時(shí)，實(shí)行先集中運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果暫存，再對(duì)運(yùn)算結(jié)果集中輸出的方式。控制算法的運(yùn)算即依次執(zhí)行各個(gè)回路，通過對(duì)回路頭指針的檢查，判斷該回路是否存在，如果存在則按照回路解析時(shí)創(chuàng)建的鏈表，依次找到該回路中的功能模塊，并按照功能模塊中的模塊功能號(hào)找到對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)，通過調(diào)用功能函數(shù)對(duì)該功能模塊進(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果暫存到模塊的 Result中，以便后續(xù)模塊對(duì)該結(jié)果的訪問。在一條回路執(zhí)行完畢后，如果該回路需要執(zhí)行輸出操作，則將對(duì)應(yīng)的輸出操作加入到輸出隊(duì)列中，等待所有的運(yùn)算完成后再集中輸出。如果檢查到回路頭指針為空，則表明該回路已經(jīng)不存在，繼續(xù)檢查下一回路，直至完成對(duì) 255個(gè)控制回路的檢查和執(zhí)行。 ? 2．控制算法的存儲(chǔ)與恢復(fù) ? 在系統(tǒng)的需求分析中曾經(jīng)提到，系統(tǒng)要求對(duì)控制算法的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，做到掉電不丟失，重新上電后可以重新加載原有的控制算法。 ? 對(duì)于控制算法的存儲(chǔ)，如果以控制算法的原始形態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)，即以控制算法信息解析之前的形態(tài)存儲(chǔ)，控制卡需要在接收到上位機(jī)的控制算法信息后逐條存儲(chǔ)。以此種方式進(jìn)行存儲(chǔ)，如果存在頻繁的控制算法修改操作，就會(huì)造成控制算法存儲(chǔ)信息的激增，并且存儲(chǔ)的信息量沒有上限。而且，以原始形態(tài)存儲(chǔ)控制算法，在重新加載時(shí)需要對(duì)控制算法重新解析，這也需要一定的時(shí)間。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒有采用這種方式，而是采用解析后控制回路的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。 ? 以解析后控制回路的形式進(jìn)行控制算法的存儲(chǔ)，不存在信息激增和信息量無(wú)上限的情況，因?yàn)閷?duì)回路的修改操作只是對(duì)已有回路的修改，并不會(huì)產(chǎn)生新的回路。并且，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)限定最多容納 255個(gè)控制回路，所以，控制算法的信息量不會(huì)是無(wú)限制的。而且，以此種形式存儲(chǔ)的控制算法，在再次加載時(shí)不需要重新解析。 ? 解析后的控制回路實(shí)際上就是一種運(yùn)行狀態(tài)的控制回路，以此種方式存儲(chǔ)的控制算法兼有運(yùn)行時(shí)的形態(tài)，只是模塊內(nèi)部具體數(shù)值不同而已。如果再將控制算法信息分為存儲(chǔ)信息與運(yùn)行信息，會(huì)造成一定的重復(fù)，產(chǎn)生雙倍的 RAM需求。 ? 既然控制算法的存儲(chǔ)態(tài)與運(yùn)行態(tài)是一致的，那就可以將控制算法的運(yùn)行區(qū)與存儲(chǔ)區(qū)相結(jié)合，將運(yùn)行信息作為存儲(chǔ)信息。這要求控制算法運(yùn)行信息存放的介質(zhì)兼有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，即掉電數(shù)據(jù)不丟失。外擴(kuò)的 RAM中，無(wú)論是具有后備電池供電的 SRAM，還是磁存儲(chǔ)器 MRAM都具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特性，都可滿足將控制算法存儲(chǔ)區(qū)與運(yùn)行區(qū)相結(jié)合的基本要求。 ? 除了保證存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)保存功能外，還要保證數(shù)據(jù)不會(huì)被破壞。本系統(tǒng)中的控制算法存儲(chǔ)在一個(gè)個(gè)的內(nèi)存塊中，這些內(nèi)存塊由 181。C/OSII的內(nèi)存管理模塊進(jìn)行分配與回收，如果 181。C/OSII的內(nèi)存管理模塊不知道之前分配的內(nèi)存塊中存儲(chǔ)著控制算法信息，在程序再次運(yùn)行時(shí)，沒有記錄原先的內(nèi)存塊的使用情況，當(dāng)再次向 181。C/OSII的內(nèi)存管理模塊進(jìn)行內(nèi)存塊的申請(qǐng)或交還操作時(shí)，就會(huì)對(duì)原有的內(nèi)存塊造成破壞。所以， 181。C/OSII內(nèi)存管理模塊的相關(guān)信息也必須得到存儲(chǔ)。 ? 要使 181。C/OSII內(nèi)存管理模塊的信息得到有效存儲(chǔ)，涉及整個(gè) 181。C/OSII中內(nèi)存的規(guī)劃。而且要使存儲(chǔ)的信息有效，還要保證 181。C/OSII內(nèi)存規(guī)劃的固定性，比如內(nèi)存池的個(gè)數(shù)、內(nèi)存池的大小、內(nèi)存池管理空間的起始地址、內(nèi)部?jī)?nèi)存塊的大小、內(nèi)存塊的個(gè)數(shù)等等信息都必須是固定的，即每次程序重新加載時(shí)，上述信息都是固定不變的。因?yàn)?，一旦上述信息發(fā)生了變化，之前存儲(chǔ)的信息也就失去了意義。 ? 在 181。C/OSII內(nèi)存初始規(guī)劃階段，就必須確定內(nèi)存池的個(gè)數(shù)，嚴(yán)格限定每個(gè)內(nèi)存池的起始地址與大小，以及內(nèi)部?jī)?nèi)存塊的大小和個(gè)數(shù)，并且不得更改。只有這樣，記錄的內(nèi)存池內(nèi)部?jī)?nèi)存塊的使用信息才會(huì)有意義。 ? 其實(shí)，存儲(chǔ)只是一種手段，恢復(fù)才是最終目的。保證存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)保存能力和控制算法信息不會(huì)被破壞，僅僅是使控制算法信息得到了存儲(chǔ)，但仍不足以在程序再次運(yùn)行時(shí)使控制算法信息得到恢復(fù)。要使控制算法信息能夠得到有效恢復(fù)，必須提供能夠重建之前控制算法運(yùn)行環(huán)境的信息。為此，必須單獨(dú)開辟一塊區(qū)域，作為備份區(qū)，以用于存儲(chǔ)能夠重建之前控制算法運(yùn)行環(huán)境的信息。這些信息包括內(nèi)存池使用情況信息和回路頭指針信息。在每次完成控制算法的解析工作后，就需要將這些信息復(fù)制一份存儲(chǔ)到備份區(qū)中。在程序再次運(yùn)行時(shí)，再次加載控制算法就是將備份區(qū)中的信息恢復(fù)到內(nèi)存池中和回路頭指針中。這樣原先的控制算法運(yùn)行環(huán)境就得以重建。以回路頭指針為例，在本系統(tǒng)中控制算法以回路的形式表示，而且回路就是串接著各個(gè)功能模塊的鏈表。對(duì)于一個(gè)鏈表而言，得到了頭指針，就可以依次找到鏈表中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，在本系統(tǒng)中就是有了回路頭指針，就可以依次找到回路中的各個(gè)功能模塊。 ? 經(jīng)過數(shù)次運(yùn)算后的功能模塊的信息與剛解析完成時(shí)的功能模塊的信息是不一樣的，主要是模塊運(yùn)算結(jié)果不再是 0。在重新加載控制算法信息后，希望能夠重新開始控制算法的運(yùn)行，所以需要設(shè)立控制算法初始運(yùn)行標(biāo)志，在各功能模塊運(yùn)算時(shí)需要根據(jù)此標(biāo)志選擇性的將模塊暫存的運(yùn)算結(jié)果清除，以產(chǎn)生功能模塊與剛解析完成時(shí)一樣的效果。 8通道模擬量輸入板卡（ 8AI）的設(shè)計(jì) ? 1． 8通道模擬量輸入板卡的功能概述 ? 8通道模擬量輸入板卡（ 8AI）是 8路點(diǎn)點(diǎn)隔離的標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流輸入板卡?？刹蓸拥男盘?hào)包括標(biāo)準(zhǔn) II型、 III型電壓信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)的 II型、 III型電流信號(hào)。 ? 通過外部配電板可允許接入各種輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)的儀表、傳感器等。該板卡的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下： ? ⑴ 信號(hào)類型及輸入范圍：標(biāo)準(zhǔn) Ⅱ 、 Ⅲ 型電壓信號(hào)（ 0~5V、1~5V）及標(biāo)準(zhǔn) Ⅱ 、 Ⅲ 型電流信號(hào)（ 0~10mA、 4~20mA）； ? ⑵ 采用 32位 ARM Cortex M3微控制器，提高了板卡設(shè)計(jì)的集成度、運(yùn)算速度和可靠性； ? ⑶ 采用高性能、高精度、內(nèi)置 PGA的具有 24位分辨率的ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)換，傳感器或變送器信號(hào)可直接接入； ? ⑷ 同時(shí)測(cè)量 8通道電壓信號(hào)或電流信號(hào)，各采樣通道之間采用 PhotoMOS繼電器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)點(diǎn)隔離的技術(shù)； ? ⑸ 通過主控站模塊的組態(tài)命令可配置通道信息，每一通道可選擇輸入信號(hào)范圍和類型等，并將配置信息存儲(chǔ)于鐵電存儲(chǔ)器中，掉電重啟時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)； ? ⑹ 板卡設(shè)計(jì)具有低通濾波、過壓保護(hù)及信號(hào)斷線檢測(cè)功能， ARM與現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)測(cè)量之間采用光電隔離措施，以提高抗干擾能力。 ? 2． 8通道模擬量輸入板卡的硬件組成 ? 8通道模擬量輸入板卡用于完成對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、處理，其硬件組成框圖如圖 1018所示。 ? 硬件電路主要由 ARM Cortex M3微控制器、信號(hào)處理電路（濾波、放大）、通道選擇電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、故障檢測(cè)電路、 DIP開關(guān)、鐵電存儲(chǔ)器 FRAM、 LED狀態(tài)指示燈和 CAN通信接口電路組成。 圖 1018 8通道模擬量輸入板卡硬件組成框圖 ? 該板卡采用 ST公司的 32位 ARM控制器 STM32F103VBT高精度 24位 ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS1213 、 LinCMOS工藝的高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器 TLC2652CN、 PhotoMOS繼電器 AQW214EH、 CAN收發(fā)器 TJA1051T/3等器件設(shè)計(jì)而成。 ? 現(xiàn)場(chǎng)儀表層的電流信號(hào)或電壓信號(hào)經(jīng)過端子板的濾波處理，由多路模擬開關(guān)選通一個(gè)通道送入 A/D轉(zhuǎn)換器 ADS1213，由 ARM讀取 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果， A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)過軟件濾波和量程變換以后經(jīng) CAN總線發(fā)送給控制卡。 ? 板卡故障檢測(cè)中的一個(gè)重要的工作就是斷線檢測(cè)。除此以外，故障檢測(cè)還包括超量程檢測(cè)、欠量程檢測(cè)、信號(hào)跳變檢測(cè)等。 ? 3． 8通道模擬量輸入板卡的程序設(shè)計(jì) ? 8通道模擬量輸入板卡的程序主要包括 ARM控制器的初始化程序、 A/D采樣程序、數(shù)字濾波程序、量程變換程序、故障檢測(cè)程序、 CAN通信程序、 WDT程序等。 8通道熱電偶輸入板卡（ 8TC）的設(shè)計(jì) ? 1． 8通道熱電偶輸入板卡的功能概述 ? 8通道熱電偶輸入板卡是一種高精度、智能型的、帶有模擬量信號(hào)調(diào)理的 8路熱電偶信號(hào)采集卡。該板卡可對(duì) 7種毫伏級(jí)熱電偶信號(hào)進(jìn)行采集，檢測(cè)溫度最低為 200℃ ，最高可達(dá) 1800℃ 。 ? 通過外部配電板可允許接入各種熱電偶信號(hào)和毫伏電壓信號(hào)。該板卡的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下： ? ⑴ 熱電偶板卡可允許 8通道熱電偶信號(hào)輸入，支持的熱電偶類型為 K、 E、 B、 S、 J、 R、 T，并帶有熱電偶冷端補(bǔ)償； ? ⑵ 采用 32位 ARM Cortex M3微控制器，提高了板卡設(shè)計(jì)的集成度、運(yùn)算速度和可靠性； ? ⑶ 采用高性能、高精度、內(nèi)置 PGA的具有 24位分辨率的ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)換，傳感器或變送器信號(hào)可直接接入； ? ⑷ 同時(shí)測(cè)量 8通道電壓信號(hào)或電流信號(hào)，各采樣通道之間采用 PhotoMOS繼電器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)點(diǎn)隔離的技術(shù)； ? ⑸ 通過主控站模塊的組態(tài)命令可配置通道信息，每一通道可選擇輸入信號(hào)范圍和類型等，并將配置信息存儲(chǔ)于鐵電存儲(chǔ)器中，掉電重啟時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)； ? ⑹ 板卡設(shè)計(jì)具有低通濾波、過壓保護(hù)及熱電偶斷線檢測(cè)功能， ARM與現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)測(cè)量之間采用光電隔離措施，以提高抗干擾能力。 ? 2． 8通道熱電偶輸入板卡的硬件組成 ? 8通道熱電偶輸入板卡用于完成對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)熱電偶和毫伏信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、處理，其硬件組成框圖如圖 1020所示。 ? 硬件電路主要由 ARM Cortex M3微控制器、信號(hào)處理電路（濾波、放大）、通道選擇電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、斷偶檢測(cè)電路、熱電偶冷端補(bǔ)償電路、 DIP開關(guān)、鐵電存儲(chǔ)器FRAM、 LED狀態(tài)指示燈和 CAN通信接口電路組成。 圖 1020 8通道熱電偶輸入板卡硬件組成框圖 ? 該板卡采用 ST公司的 32位 ARM控制器 STM32F103VBT高精度 24位 ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS1213 、 LinCMOS工藝的高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器 TLC2652CN、 PhotoMOS繼電器 AQW214EH、 CAN收發(fā)器 TJA1051T/3等器件設(shè)計(jì)而成。 ? 現(xiàn)場(chǎng)儀表層的熱電偶和毫伏信號(hào)經(jīng)過端子板的低通濾波處理，由多路模擬開關(guān)選通一個(gè)通道送入 A/D轉(zhuǎn)換器ADS1213，由 ARM讀取 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果， A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)過軟件濾波和量程變換以后經(jīng) CAN總線發(fā)送給控制卡。 ? 3． 8通道熱電偶輸入板卡的程序設(shè)計(jì) ? 8通道熱電偶輸入板卡的程序主要包括 ARM控制器的初始化程序、 A/D采樣程序、數(shù)字濾波程序、熱電偶線性化程序、冷端補(bǔ)償程序、量程變換程序、斷偶檢測(cè)程序、 CAN通信程序、 WDT程序等。 8通道熱電阻輸入板卡（ 8RTD）的設(shè)計(jì) ? 8通道熱電阻輸入板卡是一種高精度、智能型的、帶有模擬量信號(hào)調(diào)理的 8路熱電阻信號(hào)采集卡。該板卡可對(duì) 3種熱電阻信號(hào)進(jìn)行采集，熱電阻采用三線制接線。 ? 通過外部配電板可允許接入各種熱電偶信號(hào)和毫伏電壓信號(hào)。該板卡的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如下： ? ⑴ 熱電阻板卡可允許 8通道三線制熱電阻信號(hào)輸入，支持熱電阻類型為 Cu100、 Cu50和 Pt100； ? ⑵ 采用 32位 ARM Cortex M3微控制器，提高了板卡設(shè)計(jì)的集成度、運(yùn)算速度和可靠性； ? ⑶ 采用高性能、高精度、內(nèi)置 PGA的具有 24位分辨率的ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)換，傳感器或變送器信號(hào)可直接接入； ? ⑷ 同時(shí)測(cè)量 8通道熱電阻信號(hào)，各采樣通道之間采用PhotoMOS繼電器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)點(diǎn)隔離的技術(shù)； ? ⑸ 通過主控站模塊的組態(tài)命令可配置通道信息，每一通道可選擇輸入信號(hào)范圍和類型等，并將配置信息存儲(chǔ)于鐵電存儲(chǔ)器中，掉電重啟時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)； ? ⑹ 板卡設(shè)計(jì)具有低通濾波、過壓保護(hù)及熱電阻斷線檢測(cè)功能， ARM與現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)測(cè)量之間采用光電隔離措施，以提高抗干擾能力。 ? 2． 8通道熱電阻輸入板卡的硬件組成 ? 8通道熱電阻輸入板卡用于完成對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)熱電阻信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、處理，其硬件組成框圖如圖 1022所示。 ? 硬件電路主要由 ARM Cortex M3微控制器、信號(hào)處理電路（濾波、放大）、通道選擇電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路、斷線檢測(cè)電路、熱電阻測(cè)量恒流源電路、 DIP開關(guān)、鐵電存儲(chǔ)器FRAM、 LED狀態(tài)指示燈和 CAN通信接口電路組成。 圖 1022 8通道熱電阻輸入板卡硬件組成框圖 ? 該板卡采用 ST公司的 32位 ARM控制器 STM32F103VBT高精度 24位 ΣΔ模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADS1213 、 LinCMOS工藝的高精度斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器 TLC2652CN、 PhotoMOS繼電器 AQW21 CAN收發(fā)器 TJA1051T/3等器件設(shè)計(jì)而成。 ? 現(xiàn)場(chǎng)儀表層的熱電阻經(jīng)過端子板的低通濾波處理，由多路模擬開關(guān)選通一個(gè)通道送入 A/D轉(zhuǎn)換器 AD