采用ARM7的S3C44BOX的嵌入式定量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　線性放大電路對(duì)探測(cè)器輸出的脈沖進(jìn)行放大整形，以滿足后接信號(hào)處理設(shè)備的要求。LMl38集成運(yùn)算放大器具有15 MHz帶寬，轉(zhuǎn)換速度達(dá)50 V/Μs，LMl38先對(duì)Γ脈沖進(jìn)行放大，然后進(jìn)行成形，最后由緩沖放大器輸出。

　　脈沖幅度分析電路由2個(gè)甄別器和1個(gè)反符合電路組成。2個(gè)甄別器分別設(shè)定計(jì)數(shù)脈沖的上下閾值，上下閾值之差即為道寬，反符合電路輸出此設(shè)定道寬內(nèi)的脈沖。如圖3所示。

　　脈沖幅度分析電路的上下閾值選取Γ射線的全能峰脈沖，送到微處理器的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)落在此道寬內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)即可測(cè)得Γ射線強(qiáng)度。

　　2.2 質(zhì)量信號(hào)采集部分

　　系統(tǒng)選用JA2003精密電子天平測(cè)量混合燃料的質(zhì)量，它采用專利陶瓷電容稱重技術(shù)，內(nèi)部集成一個(gè)用戶溫度補(bǔ)償電路，具有測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。JA2003帶有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS 232接口，可以很方便地實(shí)現(xiàn)和S3C44BOX之間的通信。

　　當(dāng)天平與S3C44BOX連接時(shí)，可以使用立即打印符“#”進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，天平將顯示的數(shù)據(jù)以字符串的形式傳送給處理器。數(shù)據(jù)格式如下：

　　+/- 1 2 3 4 5 6 . CO C1 C2 C3 CR LF前六個(gè)為數(shù)字區(qū)，前面通常有符號(hào)(+或-)。C0為空格，當(dāng)天平被設(shè)定為自動(dòng)模式時(shí)C1為空格，C2表示傳出單位，如果天平設(shè)定的單位為克時(shí)，則傳送“G”，C3表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，空格表示不穩(wěn)定，“S”表示傳輸穩(wěn)定，CR、LF分別代表回車和換行符。

　　2.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸部分

　　RTL8019AS是臺(tái)灣Realtek公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)控制器，適應(yīng)于EthernetⅡ，IEEE 802.3，全雙工，收發(fā)可同時(shí)達(dá)到10 Mb/S的速率，支持8 B、16 B的數(shù)據(jù)總線。RTL8019AS內(nèi)部可分為本地DMA通道和遠(yuǎn)程DMA通道，本地DMA完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換，主處理器收發(fā)數(shù)據(jù)只需要對(duì)遠(yuǎn)程DMA進(jìn)行操作。RTL8019AS與S3C44BOX的鏈接如圖4所示。

　　當(dāng)系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，D[O：15]數(shù)據(jù)通過(guò)遠(yuǎn)程DMA送到RTL8019AS發(fā)送緩存區(qū)，然后發(fā)出傳送命令，RTL8019AS完成上一幀的發(fā)送后，再完成此幀的發(fā)送。接收數(shù)據(jù)時(shí)D[0：15]數(shù)據(jù)經(jīng)74F163245反相后傳給處理器。

　　同時(shí)還擴(kuò)展了一個(gè)8.4英寸640×480的。TFTLCD屏，作為人機(jī)界面。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)選用ΜClinux操作系統(tǒng)，它在標(biāo)準(zhǔn)的Linux基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牟眉艉蛢?yōu)化，形成了一個(gè)高度優(yōu)化、代碼緊湊的Linux。雖然體積小，但仍然保留了Linux的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，非常適合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。

　　在ΜClinux內(nèi)核基礎(chǔ)上，編寫了RS 232串口驅(qū)動(dòng)程序、LCD驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序屏蔽了是硬件細(xì)節(jié)，這樣操作系統(tǒng)可以像操作普通文件一樣對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。

　　為了長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在ΜClinux編譯時(shí)添加了JFFS2文件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)通過(guò)J17FS2文件系統(tǒng)管理FLASH空間，不僅可以保存系統(tǒng)設(shè)置的各種參數(shù)，還可以將采集到的數(shù)據(jù)以文件形式保存在FLASH中，即使掉電也不會(huì)丟失。

　　本地軟件在Linux下用C語(yǔ)言編寫，并通過(guò)交叉編譯得到適合在ΜClinux運(yùn)行的程序。本應(yīng)用采用多線程編程，將系統(tǒng)工作劃分為Γ射線強(qiáng)度檢測(cè)線程、串口通信線程、數(shù)據(jù)處理線程、LCD顯示線程、網(wǎng)絡(luò)傳輸線程。各線程是相對(duì)獨(dú)立的工作子模塊，可以同時(shí)工作，有利于提高實(shí)時(shí)性。

　　Γ射線強(qiáng)度檢測(cè)線程負(fù)責(zé)采集脈沖信號(hào);串口通信線程負(fù)責(zé)采集煤與矸石混合燃料的質(zhì)量信號(hào);數(shù)據(jù)處理線程負(fù)責(zé)對(duì)采集到的兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別得到煤、矸石的混合比例;LCD顯示線程顯示煤、矸石的混合比例;網(wǎng)絡(luò)傳輸線程將處理得到的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程PC。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　基于S3C44BOX微處理器的工業(yè)用煤成分定量分析系統(tǒng)，其電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于操作、可靠性強(qiáng)，具有良好的人機(jī)界面。可配備于熱電廠及監(jiān)測(cè)部門的化驗(yàn)室，對(duì)混合燃料的成分進(jìn)行快速定量分析。

　　由于矸石本身含有一定量的煤，減小了矸石與煤的區(qū)分度，造成測(cè)量誤差。因此，如何合理選擇混合燃料質(zhì)量吸收系數(shù)測(cè)量時(shí)的修正值，就成為精確測(cè)量的關(guān)鍵，可以通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)確定。