【正文】 作設(shè)備的控制，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，與上位機(jī)的通信。為此，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換電路，以獲得所需要的5V、和+12V電壓。在此系統(tǒng)中采用串口完成相應(yīng)的通信任務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)儀器，動(dòng)作模塊，上位機(jī)都要與主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。數(shù)字量輸入通道數(shù)應(yīng)為8路。電流輸入：20mA ~20mA，光電隔離；電壓輸入：5~5V，光電隔離，模擬量輸入通道數(shù)應(yīng)為8路及以上；A/D轉(zhuǎn)換分辨率應(yīng)至少為12bit或以上。（3）能夠控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(閥門，污染物監(jiān)測(cè)儀器)正確的工作。主控模塊主要任務(wù)如下：（1）要對(duì)采集模塊傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后存儲(chǔ)。選擇ARM7芯片作為主控制模塊的微處理器，在硬件設(shè)計(jì)上，只需要在芯片周圍增加較少的元器件和輔助電路，就可以設(shè)計(jì)出功能較強(qiáng)、符合系統(tǒng)要求的主控系統(tǒng)。 主控模塊對(duì)主控模塊進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，處理器的選擇是關(guān)鍵的問題。2．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 總體方案概要本課題主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀通信或數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄻有?，同時(shí)借鑒、沿用、擴(kuò)展現(xiàn)有技術(shù)，并充分考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性，可采用嵌入式系統(tǒng)方案。 μC/OS具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性能等特點(diǎn)，最小內(nèi)核可編譯至2KB。許多移植的范例可以從網(wǎng)站上得到。μC/OS和μC/OSII是專門為計(jì)算機(jī)的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，絕大部分代碼是用C語言編寫的。這些操作系統(tǒng)均屬于商品化產(chǎn)品，價(jià)格昂貴且由于源泉代碼不公開導(dǎo)致了諸如對(duì)設(shè)備的支持、應(yīng)用軟件的移植等一系列的問題；而開放源碼的RTOS在成本和技術(shù)上有其特有的優(yōu)勢(shì)，在RTOS領(lǐng)域占有越來越重要的地位。這已逐漸成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)發(fā)展方向。 嵌入式操作系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和芯片制造工藝的不斷進(jìn)步，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛：從民用的電視、手機(jī)等電路設(shè)備到軍用的飛機(jī)、坦克等武器系統(tǒng)，到處都有嵌入式系統(tǒng)的身影。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)通信采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法(網(wǎng)絡(luò)變量)，使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，從而節(jié)省了大量的設(shè)計(jì)工作量。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 CAN最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。RS485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 RS485RS485總線,在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。 數(shù)據(jù)采集板卡與主控模塊的通信數(shù)據(jù)采集板卡與主控模塊之間必定需要一定的確定的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與通信，而總線技術(shù)很好的解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。但使用獨(dú)立的AD芯片，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致成本的提高，不利于整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)型。在一些ARM單片機(jī)中自帶了AD轉(zhuǎn)化器，比如PHILIPS公司的LPC2210，它是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌人式跟蹤的16/32位ARM7TDMI CPU的微控制器，帶有8路10位ADC。目前市場(chǎng)上的ARM芯片速度可達(dá)幾百兆，以此為主控芯片可實(shí)現(xiàn)高速、高精度且具有一定處理能力的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)[3]。這樣，系統(tǒng)不僅處理能力有限，而且存在系統(tǒng)安全性差的問題。本課題針對(duì)污染源水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)具體應(yīng)用，致力于環(huán)保領(lǐng)域的在線檢測(cè)和科學(xué)研究 [12] 。環(huán)保在線監(jiān)測(cè)儀在國外已有成套的技術(shù)方法和標(biāo)準(zhǔn)化的儀器?；谇度胧较到y(tǒng)的水污染數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：16004520 姓名：陳春華 1. 概述環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，對(duì)污染物排放的控制越來越得到人們的重視。2. 任課教師填寫后與試卷一起送院系研究生秘書處。研究生課程考試成績(jī)單（試卷封面）院 系電氣工程學(xué)院專業(yè)電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)生姓名陳春華學(xué)號(hào)081823課程名稱單片機(jī)及智能儀器授課時(shí)間 2009 年3月至2009年5月周學(xué)時(shí)3學(xué)分3簡(jiǎn)要評(píng)語考核論題總評(píng)成績(jī)（含平時(shí)成績(jī)）備注任課教師簽名： 日期： 注：1. 以論文或大作業(yè)為考核方式的課程必須填此表，綜合考試可不填。“簡(jiǎn)要評(píng)語”欄缺填無效。3. 學(xué)位課總評(píng)成績(jī)以百分制計(jì)分。要對(duì)污染排放進(jìn)行控制，先需要對(duì)各污染源的污染物排放情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。目前我國的環(huán)保監(jiān)測(cè)儀器基本還采用的是實(shí)驗(yàn)室分析儀器，工作量大，取樣頻率低，無法滿足污染物總量控制的要求。 基于ARM微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)目前，常用的數(shù)據(jù)采集裝置，系統(tǒng)硬件多采用單片機(jī)進(jìn)行控制，軟件多采用單任務(wù)順序機(jī)制。ARM技術(shù)是嵌人式系統(tǒng)方面的主流技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。 數(shù)據(jù)的采集數(shù)據(jù)采集是監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況必不可少的重要環(huán)節(jié)，能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并且輸人到CPU，這也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能.。也可以采用專有的AD轉(zhuǎn)換芯片對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行數(shù)字變換。但無論是處理器自帶的AD還是專有AD芯片都要對(duì)輸入的模擬量信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，完成輸入信號(hào)的的濾波與放大 [47] 。以下是控制領(lǐng)域常用的幾種總線形式，我們可以根據(jù)不同的需要采用符合項(xiàng)目要求的總線[812]。RS485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。 RS485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。應(yīng)用RS485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級(jí)來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。 LonWorksLonWorks技術(shù)是美國Echelon公司于1990年12月為支持LON總線推出的全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特點(diǎn)如下:神經(jīng)元(Neuron)芯片是技術(shù)的核心，它具備了通訊與控制功能，并且固化了ISO的全部七層協(xié)議，LonTalk是LON總線的通信協(xié)議，支持七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供了一個(gè)固化在神經(jīng)元芯片的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 I2C總線I2C（InterIC）總線10多年前由Philips公司推出，是近年來在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線器件同時(shí)接到I2C總線上，通過地址來識(shí)別通信對(duì)象。在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)中，采和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱RTOS）能夠支持多任務(wù)，使得程序開發(fā)更加容易，便于維護(hù)，同時(shí)能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有很多，如VxWorks、PalmOS、WindowsCE等。其中μC/OSII就是一種優(yōu)秀的源碼公開的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。CPU硬件相關(guān)部分是用匯編語言編寫的、總量約200行的匯編語言部分被壓縮到最低限度，為的是便于移植到任何一種其它的CPU上。用戶只要有標(biāo)準(zhǔn)的ANSI的C交叉編譯器，有匯編器、連接器等軟件工具，就可以將μC/OS嵌入到開發(fā)的產(chǎn)品中。μC/OSII已經(jīng)移植到了幾乎所有知名的CPU上[1315]。 硬件總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)該具有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和快速化的設(shè)計(jì)思想，按功能的不同將整個(gè)系統(tǒng)分為幾個(gè)獨(dú)立的模塊來分別設(shè)計(jì)。按照低功耗、低成本、小體積、多功能的要求。作為主控系統(tǒng)所要完成的任務(wù)相對(duì)比較復(fù)雜。（2）主控系統(tǒng)須具有相應(yīng)的輸入（鍵盤）與輸出（顯示屏）設(shè)備，能根據(jù)用戶的操作對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)與采集數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，以便用戶讀取。（4）具有一定的通信接口，可以和上位機(jī)進(jìn)行互動(dòng)通信。對(duì)儀器采集的模擬信號(hào)通過AD進(jìn)行模數(shù)變換，再將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定解包的處理以后，進(jìn)行存儲(chǔ)。通過數(shù)字口，讀取儀器的狀態(tài)數(shù)據(jù)或?qū)x器發(fā)送一定的控制命令。所以需要相應(yīng)的通信的模塊完成數(shù)據(jù)與控制命令的傳輸。在主控制模塊中，分別需要使用5V、另外部分器件需要5V和+12V的電源。應(yīng)配置備用電源（如不間斷電源UPS或電池），在斷電時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸儀可繼續(xù)工作6h以上。所以軟件設(shè)計(jì)的工作主要集中在主控模塊軟件的設(shè)計(jì)上。1．?dāng)?shù)據(jù)采集模塊：本模塊是軟件是最主要的功能模塊。其中模擬量采集模塊主要負(fù)責(zé)控制各塊多通道AD對(duì)不同通道的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集；而數(shù)字量采集模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)各數(shù)字通道傳來的數(shù)據(jù)包進(jìn)行分別解包采集數(shù)據(jù)，并且負(fù)責(zé)向不同儀器發(fā)送控制命令。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。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。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