基于ATmega128和μC/OS-II的在線鈉離子分析儀的設(shè)計

在正常測量時，樣水從進口經(jīng)三通電磁閥進人恒流杯，過多的樣水從溢流口流出，由于負壓原理，樣水在T形塊帶動堿化氣進入測量杯，水氣混合后，PH值達到要求，流經(jīng)測量電極和參比電極經(jīng)出水口排出。當(dāng)標(biāo)定時，電磁閥進行切換，校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)電磁閥進入恒流杯，樣水經(jīng)卸壓閥流出。該水路設(shè)計削弱了H+和流速造成的誤差，提高了測量精度。

4 硬件電路設(shè)計

在線鈉離子分析儀的硬件電路設(shè)計是以8位的微控制器ATmega128為核心，其總體的設(shè)計框圖如圖3所示。主要包括電源、信號調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換、微控制器、擴展存儲器、人機接口6個部分。

電極輸出的是一個近似直流的電壓信號，經(jīng)放大處理后，進行A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號輸入微控制器進行分析處理，然后存儲和顯示數(shù)據(jù)，并通過串口把數(shù)據(jù)傳輸給控制室。

4．1 微控制器

這里選用高性能8位單片機ATmega128。ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，可廣泛應(yīng)用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通信設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。

ATmega128特點：內(nèi)嵌128 KB的Flash程序存儲器，擦寫方便，便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、更新；內(nèi)嵌4 KB的E2PROM和4KB的RAM，具有64 KB的外部存儲器尋址空間；具有PWM功能的定時器／計數(shù)器(T／C)；具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器：SPI串行端口；與IEEE1149.1規(guī)范兼容的JTAG測試接口(同時還可用于片上調(diào)試)；低電壓供電、寬工作電壓范圍：2.7～5.5 V；抗干擾能力強，可降低一般8位機中的軟件抗干擾設(shè)計的工作量和硬件的使用量；工作溫度范圍符合工業(yè)級要求，達到-55℃～+125℃?；贏Tmega128的諸多特點．因此這里選用ATmega128單片機作為在線鈉離子分析儀的核心控制器。

4．2 A／D轉(zhuǎn)換器

A／D轉(zhuǎn)換器采用TI公司的AD7714。AD7714是適用于低頻測量應(yīng)用的完整模擬前端。器件直接從傳感器接受低電平信號并輸出串行數(shù)字。它使用∑-△轉(zhuǎn)換技術(shù)以實現(xiàn)高達24位的無誤碼性能。輸人信號加至專有的基于模擬調(diào)制器，具有可編程增益的前端。調(diào)制器的輸出由片內(nèi)數(shù)字濾波器處理。通過片內(nèi)控制寄存器可對此數(shù)字濾波器編程，允許調(diào)整濾波器的截止頻率和穩(wěn)定時間。AD7714具有3個差分模擬輸入(它也可配置為5個準(zhǔn)差分模擬輸入)以及差分基準(zhǔn)輸入，分別對溫度信號和鈉離子濃度信號采樣。

4．3 存儲部分

由于系統(tǒng)移植了μC/OS-II操作系統(tǒng)，各個任務(wù)均需要分配獨立的堆?？臻g，總線上擴展32 K字節(jié)的隨機存儲器KM62256。KM62256是8位數(shù)據(jù)寬度32 K字節(jié)的隨機存儲器，具有低功耗、速度快等優(yōu)點。同時還擴展了64 KB字節(jié)的E2pROM AT24C512，用來存儲電路校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和實時測量數(shù)據(jù)，并可存儲一個月的歷史數(shù)據(jù)，繪制歷史曲線，詳細反映水質(zhì)變化過程和趨勢，有利于發(fā)現(xiàn)和解決問題。