基于A(yíng)Tmega128和μC/OS-II的在線(xiàn)鈉離子分析儀的設計

在正常測量時(shí)，樣水從進(jìn)口經(jīng)三通電磁閥進(jìn)人恒流杯，過(guò)多的樣水從溢流口流出，由于負壓原理，樣水在T形塊帶動(dòng)堿化氣進(jìn)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。當標定時(shí)，電磁閥進(jìn)行切換，校準用標準溶液經(jīng)電磁閥進(jìn)入恒流杯，樣水經(jīng)卸壓閥流出。該水路設計削弱了H+和流速造成的誤差，提高了測量精度。

4 硬件電路設計

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

電極輸出的是一個(gè)近似直流的電壓信號，經(jīng)放大處理后，進(jìn)行A/D轉換，將數字信號輸入微控制器進(jìn)行分析處理，然后存儲和顯示數據，并通過(guò)串口把數據傳輸給控制室。

4．1 微控制器

這里選用高性能8位單片機ATmega128。ATmega128為基于A(yíng)VR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器，可廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通信設備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。

ATmega128特點(diǎn)：內嵌128 KB的Flash程序存儲器，擦寫(xiě)方便，便于產(chǎn)品的調試、開(kāi)發(fā)、更新；內嵌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(shí)器／計數器(T／C)；具有片內振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器：SPI串行端口；與IEEE1149.1規范兼容的JTAG測試接口(同時(shí)還可用于片上調試)；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(yíng)Tmega128的諸多特點(diǎn)．因此這里選用ATmega128單片機作為在線(xiàn)鈉離子分析儀的核心控制器。

4．2 A／D轉換器

A／D轉換器采用TI公司的AD7714。AD7714是適用于低頻測量應用的完整模擬前端。器件直接從傳感器接受低電平信號并輸出串行數字。它使用∑-△轉換技術(shù)以實(shí)現高達24位的無(wú)誤碼性能。輸人信號加至專(zhuān)有的基于模擬調制器，具有可編程增益的前端。調制器的輸出由片內數字濾波器處理。通過(guò)片內控制寄存器可對此數字濾波器編程，允許調整濾波器的截止頻率和穩定時(shí)間。AD7714具有3個(gè)差分模擬輸入(它也可配置為5個(gè)準差分模擬輸入)以及差分基準輸入，分別對溫度信號和鈉離子濃度信號采樣。

4．3 存儲部分

由于系統移植了μC/OS-II操作系統，各個(gè)任務(wù)均需要分配獨立的堆?？臻g，總線(xiàn)上擴展32 K字節的隨機存儲器KM62256。KM62256是8位數據寬度32 K字節的隨機存儲器，具有低功耗、速度快等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還擴展了64 KB字節的E2pROM AT24C512，用來(lái)存儲電路校準數據和實(shí)時(shí)測量數據，并可存儲一個(gè)月的歷史數據，繪制歷史曲線(xiàn)，詳細反映水質(zhì)變化過(guò)程和趨勢，有利于發(fā)現和解決問(wèn)題。