基于ARM9和Linux的電磁流量計設計

　　0 引 言

　　電磁流量計是一種測量導電介質體積流量的計量儀表，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高等特點。電磁流量計除可測量一般導電液體的流量外，還可 測量液固兩相液體、高粘度液體及鹽類、強酸、強堿液體的體積流量，可廣泛應用于水泥、化工、輕紡、冶金、礦山、造紙、醫(yī)藥、給排水、食品飲料、環(huán)保等工業(yè) 技術部門，其產品的性能、質量和可靠性對上述企業(yè)的經濟效益有著重要的影響。

　　嵌入式系統（ Embedded Sy stem） 是以應用為中心和以計算機技術為基礎的，并且軟硬件是可以裁減的，能滿足應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等指標的嚴格要求的專用計算機系統。它 是面向用戶、面向產品、面向應用的專用系統，與通用的計算機系統相比具有如下特點：嵌入式CPU 通常具有低功耗、體積小、集成度高、成本低等優(yōu)點，能夠把通用的CPU 中許多由板卡完成的功能集成到芯片內部； 嵌入式系統的開發(fā)和應用不容易在市場上形成壟斷； 嵌入式系統產品一旦進入市場，一般具有較長的生命周期； 嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計； 嵌入式系統必須有一套交叉開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。

　　檢測儀表是實現參數檢測過程的重要一環(huán)，一般都具有變換、測量裝置和顯示裝置三部分。針對于檢測儀表的要求，合理剪裁軟硬件實現高集成度、小型 化，使得檢測儀表不僅具有傳感測量、補償計算、顯示的功能，還具有更加強大的信息處理、比較推理、故障診斷、自學習自適應等智能化功能。應用嵌入式系統的 網絡接入技術，還能使儀表完成遠程維護、遠程控制、故障報警、信息發(fā)布與共享等以前無法實現的功能。嵌入式系統技術的高度發(fā)展，給檢測與儀表技術帶來了前 所未有的發(fā)展空間和機遇，為檢測儀表的智能化、網絡化和微型化鋪平了道路，為儀表行業(yè)的發(fā)展帶來了廣闊的前景。

　　傳統電磁流量計一般采用8 位或16 位的單片機，由于單片機性能較弱和外圍接口少，無法完成復雜算法或者多項并行任務； 在顯示方式上一般采用LED 或段式LCD，只能顯示數字、字母、漢字和一些粗糙的圖案；在數據存儲方面一般采用小容量的EPROM 存儲器，流量數據存儲一般以二進制方式存儲，不具有通用性；在通信方式上，一般采用RS 232 或RS 485，其開放性不高，組網距離短。為了提高性能和功能，有些電磁流量計甚至采用了多個單片機協同工作的方式，增加了電磁流量計設計與實現的復雜度。因此 有必要采用高性能的32 位處理器來設計電磁流量計。

　　基于32 位ARM 處理器和嵌入式Linux 操作系統構建嵌入式系統開發(fā)平臺，并將其應用于電磁流量計的設計和開發(fā)中，將有利于提高高端電磁流量計產品的質量，更好地滿足用戶需求，而且對我國電磁流 量計檢測技術水平的發(fā)展也具有重要的現實意義。由于嵌入式系統的設計與開發(fā)的復雜性和高難度，本文所構建的高性能32 位嵌入式系統開發(fā)平臺，也可推廣應用于其他高端儀器儀表的設計中，縮短新產品的設計開發(fā)周期，增強企業(yè)對客戶需求的響應能力和產品的更新換代能力。

　　1 總體設計

　　1. 1 ARM 處理器的選擇

　　結合電磁流量計的應用背景，選擇32 位的嵌入式ARM 處理器。根據ARM 處理器的應用選型，并考慮到ARM 處理器價格、性能、集成度和功能、設計支持及開發(fā)工具的支持等因素，以及應用中對于以太網和USB 接口功能的要求，選擇了Atmel 公司的AT91RM9200 工業(yè)級芯片。

　　1. 2 嵌入式操作系統的選擇

　　對于一種嵌入式操作系統通常有這樣一些*估選擇標準：實用性、需要消耗的資源數（ 包括SDRAM，FLASH MEMORY 等） 、支持軟件的豐富程度、可靠性以及其執(zhí)行性能等。Linux 已經被移植到了很多平臺，包括ARM，MIPS，SH3，Alpha，X86，Pow erPC 等，由成千上萬的愛好者開發(fā)的應用軟件、協議棧以及豐富的設備驅動程序； 更重要的是這些驅動很多都以OpenSour ce 的形式發(fā)布出來，使得大家都從中受益。

　　1. 3 總體設計框架

　　通過對電磁流量計的方案選擇，并綜合國內外電磁流量儀表產品的智能化、集成化、網絡化的發(fā)展趨勢，系統總體結構如圖1 所示。系統主要由硬件子系統和軟件子系統組成。

圖1 系統總體框架

　　電磁流量計的硬件子系統主要由電源模塊、信號輸入模塊、CPU 核心模塊、勵磁輸出模塊、人機交互模塊、通信接口模塊和調試接口模塊組成。各模塊的功能描述如下：

　　電源模塊：為整個硬件子系統提供穩(wěn)定可靠的電源。

　　CPU 核心模塊：由ARM 處理器、SDRAM，FLASH 以及輔助電路構成最小系統，同時也是運行嵌入式Linux 的基本硬件平臺。

　　信號輸入模塊：將傳感器輸出的小電壓或電流信號進行放大、濾波以及轉換為數字量，以便進行軟件處理。

　　勵磁輸出模塊：通過D/ A 轉換器輸出低頻三值矩形方波，并通過功率放大輸出給傳感器。

　　人機交互模塊：由鍵盤接口和TFT 液晶顯示接口組成，通過鍵盤和菜單界面進行系統參數設定，并由液晶屏實時顯示瞬時流量、累積流量和流量曲線等。