基于單片機的智能儀器監控平臺設計

　　串口通信使用了80C196kc的串行數據接口，采用RS-232方式，由MAX232實(shí)現串行信號的電平轉換。采用8位數據位、一位停止位、無(wú)奇偶校驗位的傳輸方式，提供4800、9600、19200三種波特率供用戶(hù)選擇，以適用于計算機通訊的需要。通訊時(shí)只需用在儀器與計算機之間用串口線(xiàn)連接，運行相應程序，即可完成數據的傳輸。該通信只傳送已存入flash中的歷史采樣數據，最多一次可傳送40組數據，每組數據均包括所有采樣參數、計算參數及數據存儲時(shí)的系統參數（如日期時(shí)間、燃料類(lèi)型等）。

3.5 電源啟動(dòng)及轉換模塊

　　由于便攜式分析儀器采用蓄電池供電，減少整機電流和待機電流、降低損耗變得極為重要。傳感器部分的工作電壓為12V，而單片系統采用5V供電，因此，控制平臺選用了直-交-直變換模塊完成電源轉換。選用XR031電壓轉換模塊，其轉換效率達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。關(guān)機狀態(tài)下電池仍對該部分電路供電，其電流極小，約為4～8微安，工作狀態(tài)下CPU內部A/D采樣模塊對其進(jìn)行電壓檢測，當電壓低于設定時(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，實(shí)現強行關(guān)機。本監控系統正常工作時(shí)功耗電流為50～60mA（LCD背光關(guān)閉，不包括泵電流），整機電流最大為140mA（LCD背光開(kāi)啟）。電源轉換及啟動(dòng)硬件設計如圖4。

圖4 電源啟動(dòng)及轉換電路

　　3.6 時(shí)鐘模塊

　　本次設計采用了一塊實(shí)時(shí)鐘芯片DS12C887，它是微機中常用的時(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、報警時(shí)鐘、和128個(gè)字節的RAM，其中15個(gè)字節用作實(shí)時(shí)鐘的控制寄存器，其余113個(gè)字節可作普通RAM使用，其中數據也可以十年不丟失，DS12C887的年月日、時(shí)分秒等信息都放在內部寄存器中。

　　4 監控平臺的軟件設計

　　監控平臺的軟件系統采用C程序設計，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芯片中，便于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

　　本監控平臺軟件系統為多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統，主要分為人機界面、串口通訊、數據處理、紅外打印、操作控制五大功能模塊，軟件結構框圖如圖5所示。由于系統采用模塊化設計，各模塊自成體系，可獨立調試，有利于系統集成也便于形成其他分析儀器的監控程序。本軟件系統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60多個(gè)，字庫漢字超過(guò)250個(gè)，編譯后程序代碼約為52Kb。

圖5 軟件系統設計

　　整個(gè)軟件系統使用超循環(huán)系統（Super-Loops）結構，應用程序是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，循環(huán)中調用相應的函數完成規定的操作，程序依次檢查系統的每一個(gè)輸入條件，一旦條件成立就進(jìn)行相應的處理，這部分可以看成任務(wù)級處理。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分看成中斷級處理。本系統包括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)程序只包含標志處理，其隱含功能如采樣值的濾波，HSO事件排隊均由任務(wù)級處理。實(shí)時(shí)多任務(wù)按任務(wù)級別分類(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)：

　　強大的CPU和良好的模塊性使本監控平臺的研究為智能分析儀器提供了具有ARC功能的設計平臺，通過(guò)軟硬件模塊的選擇可基本實(shí)現各種不同需求的組合式分析儀。系統提高了分析儀器本身的自動(dòng)化水平，分析儀器的自動(dòng)校準和診斷。