基于單片機(jī)的智能儀器監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　串口通信使用了80C196kc的串行數(shù)據(jù)接口，采用RS-232方式，由MAX232實(shí)現(xiàn)串行信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。采用8位數(shù)據(jù)位、一位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)位的傳輸方式，提供4800、9600、19200三種波特率供用戶(hù)選擇，以適用于計(jì)算機(jī)通訊的需要。通訊時(shí)只需用在儀器與計(jì)算機(jī)之間用串口線連接，運(yùn)行相應(yīng)程序，即可完成數(shù)據(jù)的傳輸。該通信只傳送已存入flash中的歷史采樣數(shù)據(jù)，最多一次可傳送40組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)均包括所有采樣參數(shù)、計(jì)算參數(shù)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)（如日期時(shí)間、燃料類(lèi)型等）。

3.5 電源啟動(dòng)及轉(zhuǎn)換模塊

　　由于便攜式分析儀器采用蓄電池供電，減少整機(jī)電流和待機(jī)電流、降低損耗變得極為重要。傳感器部分的工作電壓為12V，而單片系統(tǒng)采用5V供電，因此，控制平臺(tái)選用了直-交-直變換模塊完成電源轉(zhuǎn)換。選用XR031電壓轉(zhuǎn)換模塊，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)80%。啟動(dòng)電路采用CMOS芯片，組成帶施密特整形的flip-flop電路，由儀器鍵盤(pán)上的啟動(dòng)鍵控制開(kāi)、關(guān)機(jī)。關(guān)機(jī)狀態(tài)下電池仍對(duì)該部分電路供電，其電流極小，約為4～8微安，工作狀態(tài)下CPU內(nèi)部A/D采樣模塊對(duì)其進(jìn)行電壓檢測(cè)，當(dāng)電壓低于設(shè)定時(shí)，置輸出端口為有效電平，該電平經(jīng)微分電路產(chǎn)生+12V尖脈沖觸發(fā)flip-flop電路翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行關(guān)機(jī)。本監(jiān)控系統(tǒng)正常工作時(shí)功耗電流為50～60mA（LCD背光關(guān)閉，不包括泵電流），整機(jī)電流最大為140mA（LCD背光開(kāi)啟）。電源轉(zhuǎn)換及啟動(dòng)硬件設(shè)計(jì)如圖4。

圖4 電源啟動(dòng)及轉(zhuǎn)換電路

　　3.6 時(shí)鐘模塊

　　本次設(shè)計(jì)采用了一塊實(shí)時(shí)鐘芯片DS12C887，它是微機(jī)中常用的時(shí)鐘芯片。該芯片是24腳雙列直插封裝的一個(gè)集成組件，組件中包含石英晶體、鋰電池、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、日歷時(shí)鐘、報(bào)警時(shí)鐘、和128個(gè)字節(jié)的RAM，其中15個(gè)字節(jié)用作實(shí)時(shí)鐘的控制寄存器，其余113個(gè)字節(jié)可作普通RAM使用，其中數(shù)據(jù)也可以十年不丟失，DS12C887的年月日、時(shí)分秒等信息都放在內(nèi)部寄存器中。

　　4 監(jiān)控平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)

　　監(jiān)控平臺(tái)的軟件系統(tǒng)采用C程序設(shè)計(jì)，使用C96編譯器，版本為5.3版。盡管該編譯器占用程序空間比匯編語(yǔ)言編譯器大，但程序開(kāi)發(fā)周期大大減少，調(diào)試效率及可讀性均明顯優(yōu)于匯編語(yǔ)言，且原程序可更加方便地移植于其他型號(hào)芯片中，便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

　　本監(jiān)控平臺(tái)軟件系統(tǒng)為多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要分為人機(jī)界面、串口通訊、數(shù)據(jù)處理、紅外打印、操作控制五大功能模塊，軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。由于系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊自成體系，可獨(dú)立調(diào)試，有利于系統(tǒng)集成也便于形成其他分析儀器的監(jiān)控程序。本軟件系統(tǒng)支持中英文兩種版本的界面供用戶(hù)操作選擇，其LCD顯示頁(yè)面達(dá)60多個(gè)，字庫(kù)漢字超過(guò)250個(gè)，編譯后程序代碼約為52Kb。

圖5 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　整個(gè)軟件系統(tǒng)使用超循環(huán)系統(tǒng)（Super-Loops）結(jié)構(gòu)，應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成規(guī)定的操作，程序依次檢查系統(tǒng)的每一個(gè)輸入條件，一旦條件成立就進(jìn)行相應(yīng)的處理，這部分可以看成任務(wù)級(jí)處理。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分看成中斷級(jí)處理。本系統(tǒng)包括A/D采樣、HSO實(shí)時(shí)中斷、HSO事件中斷、串行通訊等模塊，為保證實(shí)時(shí)性，中斷服務(wù)程序只包含標(biāo)志處理，其隱含功能如采樣值的濾波，HSO事件排隊(duì)均由任務(wù)級(jí)處理。實(shí)時(shí)多任務(wù)按任務(wù)級(jí)別分類(lèi)處理，在各界面處理模塊中均包含時(shí)間事件處理模塊，以確保定時(shí)事件處理。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：

　　強(qiáng)大的CPU和良好的模塊性使本監(jiān)控平臺(tái)的研究為智能分析儀器提供了具有ARC功能的設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)軟硬件模塊的選擇可基本實(shí)現(xiàn)各種不同需求的組合式分析儀。系統(tǒng)提高了分析儀器本身的自動(dòng)化水平，分析儀器的自動(dòng)校準(zhǔn)和診斷。